Fachreihe

Mittel- und Großkessel

Wärmeerzeuger im Leistungsbereich von 80 bis 15000 kW

Inhaltsverzeichnis

2

Bild 1: Jeder Anforderung gewachsen –Systemkompetenz bis 15000 kW

1 Einleitung Seite 41.1 Übersicht Mittel- und Großkessel-Programm1.2 Energieeinsparung – reduziert Brennstoffkosten und

schont die Umwelt1.3 Verordnungen1.3.1 Energieeinspar-Verordnung (EnEV)1.3.2 Europäische Wirkungsgrad-Richtlinie1.4 Norm-Nutzungsgrad

2 Nutzungsgrad-Steigerung durch Niedertemperatur-Betrieb Seite 10

3 Mehrschalige Konvektionsheizflächen Seite 113.1 Wirkungsweise mehrschaliger Konvektionsheizflächen3.2 Dosierter Wärmedurchgang

4 Brennwerttechnik Seite 144.1 Was geschieht bei der Verbrennung?4.2 Heizwert und Brennwert4.3 Nutzungsgrad bis 109%4.4 Welchen Einfluss haben die Heizsystem-Temperatur bzw.

Rücklauftemperatur?

5 Gas-Brennwertnutzung bis 6600 kW Seite 185.1 Abgas-/Wasser-Wärmetauscher5.2 Kurze Amortisationszeiten

Inhaltsverzeichnis

3

6 Öl-Brennwertnutzung Seite 20

7 Kondenswasserableitung und Neutralisation Seite 217.1 Entstehung des Kondenswassers7.2 Kondenswassermenge7.3 Kondenswasserableitung

8 Dreizugkessel für schadstoffarme Verbrennung Seite 238.1 Schadstoffarme Verbrennung durch Dreizugkessel mit

niedriger Brennraumbelastung8.2 Heizgasführung8.3 Grenzwerte für NOx und CO8.4 Große Wasserinhalte und durchgehende Wasserräume –

keine Kesselkreispumpe erforderlich

9 Betriebsbedingungen Seite 27

10 Anfahrschaltung Therm-Control für einfache hydraulische Einbindung Seite 29

11 Hydraulische Einbindung Seite 3111.1 Vorteile der Anfahrschaltung Therm-Control11.2 Einsatzgebiete der Anfahrschaltung Therm-Control11.3 Einfache hydraulische Einbindung mit Therm-Control11.4 Rücklauftemperaturanhebung mit Beimischpumpe11.5 Rücklauftemperaturanhebung mit Beimischpumpe und

3-Wege-Mischventil11.6 Mehrkessel-Anlage mit hydraulischer Weiche und

3-Wege-Mischventil zur Rücklauftemperaturanhebung11.7 Mehrkesselanlage – Heizkessel mit Therm-Control11.8 Empfehlungen zur hydraulischen Einbindung

12 Planungshinweise Brennwerttechnik Seite 36

13 Auswahlhilfe Seite 38

14 Planungshinweise Seite 4114.1 Auswahl der Nenn-Wärmeleistung14.2 Aufstellraum14.3 Kompakte Abmessungen, hilfreich bei der Modernisierung14.4 Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen nach

DIN EN 1282814.4.1 Betriebstemperatur14.4.2 Sicherheitstechnische Ausrüstung nach DIN EN 1282814.4.3 Sicherheitsventile14.4.4 Wassermangelsicherung14.4.5 Maximaldruckbegrenzung14.4.6 Minimaldruckbegrenzung14.4.7 Entspannungstopf

15 Druckgeräte-Richtlinie Seite 47

16 Regelungstechnik Seite 48

17 Kommunikationstechnik Seite 50

18 Vitoplan – die Viessmann Planungssoftware Seite 52

19 Moderne Konstruktions- und Fertigungsmethoden sichern hohe Qualität Seite 54

1 Einleitung

4

Bild 1: Viessmann Mittel- und Großkesselprogramm bis 15000 kW

1 Vitoplex 100/300 Niedertemperatur-Stahl-Heizkessel, 80 bis 500 kW2 Vitoplex 100/300 Niedertemperatur-Stahl-Heizkessel, 575 bis 1750 kW3 Vitoplex 300 Niedertemperatur-Stahl-Heizkessel, zerlegbare Ausführung, 895 bis 1750 kW4 Vitorond 200 Niedertemperatur-Guss-Heizkessel, 125 bis 270 kW5 Vitorond 200 Niedertemperatur-Guss-Heizkessel, 320 bis 1080 kW6 Vitocrossal 300 Gas-Brennwertkessel aus Edelstahl, 29 bis 142 kW7 Vitocrossal 300 Gas-Brennwertkessel aus Edelstahl, 187 bis 635 kW8 Vitocrossal 300 Gas-Brennwertkessel aus Edelstahl, 787 bis 978 kW9 Vitomax Großkessel, 375 bis 15000 kW

1

2

3

4

5

6

7

89

1.1 Übersicht Mittel- und

Großkessel-Programm

Heizkessel mittlerer Leistung um-fassen den Leistungsbereich von ca. 70 kW bis 1000 kW. Als Groß-kessel werden Wärmeerzeuger mitLeistungen über 1000 kW bezeichnet.

In dieser Fachreihe werden nebenden relevanten Vorschriften anwen-dungstechnische Fragen zum Pro-duktbereich Mittel- und Großkesselbehandelt.

Einleitung

5

1.2 Energieeinsparung – reduziert

Brennstoffkosten und schont die

Umwelt

Heizkessel mittlerer Leistung ab ca. 70 kW werden in Mehrfamilien-häusern, Büro- und Verwaltungs-gebäuden, öffentlichen Gebäudenwie z. B. Schulen und Krankenhäu-sern, Industriegebäuden und ande-ren Großbauten eingesetzt. Der hoheWärmebedarf dieser Gebäude führtzu einem entsprechend hohen Öl-bzw. Gasverbrauch. So verbrauchenalte Heizkessel mit 200 kW ca. 45 000 Liter bzw. m3 Brennstoff proJahr. Bei 5 000 kW sind es beacht-liche 1100 000 Liter bzw. m3 pro Jahr(Bild 2).

Mit dem Einbau von energiesparen-den Niedertemperatur- oder Brenn-wertkesseln im Zuge der Modernisie-rung von veralteten Anlagen könnenerhebliche Mengen an Brennstoff gespart werden. Die prozentualenEinsparungen in diesem Leistungs-bereich sind mit Werten bis 25%zwar geringer als bei kleinen Heiz-kesseln für Ein-/Zweifamilienhäusermit Einsparungen bis zu 40%. Die absoluten Einsparungen in Liter bzw.m3 pro Jahr sind im mittleren undgroßen Leistungsbereich jedoch erheblich und führen zu kurzenAmortisationszeiten. Die geringerenprozentualen Einsparungen sind aufdie geringeren spezifischen Bereit-schaftsverluste (qB-Werte) von Heiz-kesseln größerer Leistung zurück-zuführen (Bild 3).

Der qB-Wert beeinflusst wesentlichden Jahres-Nutzungsgrad von altenKesseln.

Kesselanlagen haben üblicherweiseNutzungszeiträume von 20 und mehrJahren. Selbst geringe Nutzungs-grad-Unterschiede führen in diesenZeiträumen zu beachtlichen Ein-sparungen beim Energieverbrauchund somit bei den Energiekosten.

Bild 2: Brennstoffverbrauch bei verschiedenen Kesselleistungen sowie Einsparung durch Nieder-temperatur- und Brennwertkessel

Bild 3: Verlauf der Bereitschaftsverluste qBneuzeitlicher Heizkessel in Abhängigkeit derNenn-Wärmeleistung

0

50

100

150

200

250

Altanlage Niedertemperatur-

Heizkessel

Brennwert-

kessel

Bre

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225000

190000

167500

112500

95000 83500

4500038000 33500

Kesselleistung: 1000 kW

500 kW

200 kW

0,1

0,2

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100 575 3000

qB

Nenn-Wärmeleistung [kW]

Betr

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[%

]

Beispiel:

Bei einer Leistung von 500 kW führt ein um 2%-Punkte bessererNutzungsgrad zu einem jährlichen Minderverbrauch von 2100 Liternbzw. m3. In 20 Jahren sind dies42000 Liter bzw. m3 Brennstoff!

Die Investition in Niedertemperatur-Heizkessel mit hohen Nutzungs-graden oder Brennwertkessel amorti-siert sich üblicherweise in wenigenJahren.

Energieeinsparung bietet neben derMinimierung der Brennstoffkostenzusätzlich den Vorteil der Schadstoff-minderung und damit der Umwelt-schonung. Das für den Treibhaus-effekt maßgeblich verantwortlicheKohlendioxid (CO2) wird proportionalzur Brennstoffeinsparung gemindert.Überproportionale Minderungen ergeben sich zum Beispiel bei Stick-oxiden (NOx). Hier wirkt sich nebender Brennstoffeinsparung zusätzlichdie schadstoffärmere Verbrennungdurch neue Heizkessel und Brenneraus.

1.3 Verordnungen

1.3.1 Energieeinspar-Verordnung

Die Energie-Einsparverordnung(EnEV), die am 01.02.2002 in Kraftgetreten ist, soll einen Beitrag dazu leisten, die selbst auferlegte Ver-pflichtung Deutschlands, bis zumJahr 2005 gegenüber dem Stand von 1990 25% CO2 weniger zu emit-tieren, einzuhalten. Mit der EnEVwurden die Wärmeschutz-Verord-nung (WSchV95) und die Heizungs-anlagen-Verordnung (HeizAnlV) abgelöst. Nun ist nicht mehr der Heizwärmebedarf, sondern der maxi-mal zulässige Primärenergiebedarf,der für die Gebäudebeheizung und -belüftung sowie für die Trinkwasser-erwärmung erforderlich ist, per Verordnung begrenzt. Bei dieser Be-trachtung fließen sowohl Gebäude-Wärmedämm- als auch anlagen-technische Maßnahmen ein.

Damit bietet die EnEV den neuen Ansatz, Bauphysik und Heizungsan-lagentechnik (einschließlich Lüftungund Trinkwassererwärmung) nichtmehr getrennt, sondern gemeinsamzu betrachten: Der Primärenergiebe-darf qP kann auch in einem wenigergut wärmegedämmten Haus unterdem zulässigen Grenzwert qP,zulgehalten werden, wenn die entspre-chende effiziente Anlagentechnik(kleine Anlagenaufwandszahl eP) gewählt wird. Andererseits kann einsehr gut wärmegedämmtes Haus(geringer Heizwärmebedarf qh) miteiner einfacheren Anlagentechnikausgestattet werden.

6

Einleitung

Bild 4: Entwicklung der CO2-Emission in Deutschland (Quelle: DIW Wochenbericht 08/2003)

1990 1995 2000 2005

Jahr

700

800

900

1000

1010

945

893

918

896 877

870

869

866848

856

853

851

CO

2-E

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Mio

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00

2 e

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25

% R

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Im Rahmen der EnEV erhalten TGA-Planer und Architekt gemeinsam eingroßes Maß an Freiheit, die energeti-sche Qualität eines Gebäudes sicher-zustellen. Als maßgebliche Größendienen nur der PrimärenergiebedarfqP,zul und der maximal zulässigeTransmissionswärmeverlust HT´. Beide Werte sind in Tabellen inner-halb der EnEV vorgegeben und be-nötigen nur wenige zusätzliche An-gaben um sie festzulegen.

Ziel muss es deshalb sein, den Ge-bäudebestand mit hochentwickelterund ausgereifter Technik energetischzu modernisieren.

Die EnEV gibt für den Gebäude-bestand die anlagentechnischenMaßnahmen vor.

7

Einleitung

Die Energie-Einsparverordnungfasst die bauphysikalischen und anlagentechnischen Vorgaben zu-sammen und bezieht sie auf den Pri-märenergiebedarf.

Dadurch wird die Umsetzung der Pri-märenergie in Wärme in die Betrach-tung mit einbezogen: Während beider Verbrennung von Heizöl oderErdgas die Primärenergie zu mehrals 80% in Heizwärme umgesetztwird (einschließlich der Transport-und Umwandlungsverluste / Raffi-nerie), beträgt der Primärenergie-Wirkungsgrad bei Stromheizungenwegen des geringen Kraftwerk-Wirkungsgrades nur 34%.

Die hohen Energieeinspar-Potenzialegrößerer Heizungsanlagen wird auchin der EnEV berücksichtigt. In der aktuellen Fassung (Oktober 2004)werden für größere Anlagen u. a. folgende Maßnahmen gefordert:

– Nachrüstung bei Anlagen und

Gebäuden

(§9 Absatz 1)

Eigentümer von Gebäuden müssenHeizkessel, die mit flüssigen odergasförmigen Brennstoffen be-schickt werden und vor dem 1. Oktober 1978 eingebaut oderaufgestellt worden sind, bis zum31. Dezember 2006 außer Betriebnehmen. Heizkessel nach Satz 1,die nach § 11 Absatz 1 in Verbin-dung mit § 23 der Verordnung überkleine und mittlere Feuerungsan-lagen so ertüchtigt wurden, dassdie zulässigen Abgasverlustgrenz-werte eingehalten sind, oder derenBrenner nach dem 1. November1996 erneuert worden sind, müs-sen bis zum 31. Dezember 2008außer Betrieb genommen werden.

Die Sätze 1 und 2 sind nicht anzu-wenden, wenn die vorhandenenHeizkessel Niedertemperatur-Heiz-kessel oder Brennwertkessel sind,sowie auf heizungstechnische An-lagen, deren Nenn-Wärmeleistungweniger als 4 kW oder mehr als 400 kW beträgt, und auf Heizkesselnach § 11 Absatz 3 Nr. 2 bis 4.

– Aufrechterhaltung der energeti-

schen Qualität

(§10 Absatz 3)

Heizungs- und Warmwasseran-lagen sowie raumlufttechnischeAnlagen sind sachgerecht zu bedienen, zu warten und instand zu halten. Für die Wartung und Instandhaltung ist Fachkunde er-forderlich. Fachkundig ist, wer diezur Wartung und Instandhaltungnotwendigen Fachkenntnisse und Fertigkeiten besitzt.

– Verteilungseinrichtungen und

Warmwasseranlagen

(§12 Absatz 3)

Wer Umwälzpumpen in Heizkreisenvon Zentralheizungen mit mehr als25 kW Nenn-Wärmeleistung erst-malig einbaut, einbauen lässt odervorhandene ersetzt oder ersetzenlässt, hat dafür Sorge zu tragen,dass diese so ausgestattet oder beschaffen sind, dass die elektri-sche Leistungsaufnahme dem betriebsbedingten Förderbedarfselbsttätig in mindestens drei Stufen angepasst wird, soweit sicherheitstechnische Belange des Heizkessels dem nicht ent-gegenstehen.

(§12 Absatz 6)

Wer Einrichtungen, in denen Heiz-oder Warmwasser gespeichertwird, erstmalig in Gebäude einbautoder vorhandene ersetzt, muss deren Wärmeabgabe nach aner-kannten Regeln der Technik be-grenzen.

Einleitung

8

Eine der Voraussetzungen für die CE-Kennzeichnung z. B. als Nieder-tempeatur- oder Brennwertkessel istdas Erfüllen der geforderten Mindest-Wirkungsgrade bei Nennleistung undTeillast (bei 30% Belastung).

Bei dem Wirkungsgrad bei 100%(Nennleistung) – d. h. der Kessel istohne Unterbrechung in Betrieb undbefindet sich im Beharrungszustand –handelt es sich um einen eher theore-tischen Wert. Der beschriebene Betriebszustand tritt – wenn über-haupt – nur an sehr wenigen kaltenTagen im Jahr auf und ist für dieenergetische Beurteilung somit nicht repräsentativ.

Der Wirkungsgrad bei 30% Belas-tung (Teillast) berücksichtigt dagegendas typische Betriebsverhalten einesHeizkessels mit Betriebs- und Still-standsphasen und ist somit ein ge-eigneter Vergleichsmaßstab.

Der Begriff "Wirkungsgrad” ist andieser Stelle eigentlich nicht korrekt,da Wärmemengen verglichen wer-den. Genau genommen handelt essich um einen Nutzungsgrad. Näherungsweise entspricht der nach DIN 4702-8 gemessene Norm-Nutzungsgrad dem europäischenWirkungsgrad bei 30%.

1.3.2 Europäische Wirkungsgrad-

Richtlinie

Eines der übergeordneten politi-schen Ziele im Bereich der EU ist die Energieeinsparung. Als ein Instrument hierzu wurde die soge-nannte Heiz-kessel- oder Wirkungs-grad-Richtlinie (Richtlinie 92/42/EWGDES RATES) geschaffen. Sie definiertdie Kesselbauarten und legt Mindest-anforderungen an die Energieaus-nutzung (Mindest-Wirkungsgrade)fest. Der Geltungsbereich umfasstHeizkessel bis 400 kW.

Die Bauarten Standard-, Niedertem-peratur- und Brennwertkessel sindwie folgt definiert (Bild 5):

– Standardheizkessel sind Heiz-kessel, bei denen die durchschnitt-liche Betriebstemperatur durch ihre Auslegung beschränkt seinkann. Diese Kessel erfüllen ledig-lich Mindestanforderungen an die Energieausnutzung.

– Niedertemperatur-Heizkessel

(NT-Kessel) sind Heizkessel, diekontinuierlich mit einer Eintritts-temperatur von 35 bis 40°C be-trieben werden können und in denen es unter bestimmten Um-ständen zur Kondensation des inden Abgasen enthaltenen Wasser-dampfes kommen kann.

– Brennwertkessel sind Heizkessel,die für die Kondensation einesGroßteils des in den Abgasen enthaltenen Wasserdampfes konstruiert sind.

Bild 5: EG-Mindest-Wirkungsgrade bei Nennleistung und Teillast (bei 30% der Belastung)

100

90

80

30% 100%

EG

-Min

dest-

Wir

ku

ng

sg

rad

e [

%]

Kesselbelastung [%]

Brennwertkessel

NT Heizkessel

Standardkessel

99,5

97,5

93,5

91,591,5

88,588,0

82,0

85,5

89.588,5

kleiner Wert: bei 4 kW – großer Wert: bei 400 kW

9

Bild 6: Auslastungsstufen nach DIN 4702-8

0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

–15

–12

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–3

0

3

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9

12

15Rela

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kessel-

Au

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[%

]

Heiztage [Tagen]

Au

ßen

tem

pera

tur

[°C

]

63

48

39

30

13

24,5 32,2 39,5 50,5 119,7

Bild 7: Nutzungsgrad verschiedener Heizkessel-Bauarten

Tabelle 2: Ermittlung des Norm-Nutzungs-grades am Beispiel eines Gas-Brennwertkessels Vitocrossal 300

Einleitung

1.4 Norm-Nutzungsgrad

Mit der DIN 4702-8 steht ein Prüfver-fahren zur Verfügung, mit dem auf Basis eines normierten Prüf-programms die Teillast-Nutzungs-grade bei definierten Auslastungengemessen werden. Aus den fünf ge-messenen Teillast-Nutzungsgradenwird dann der Norm-Nutzungsgraderrechnet. Somit steht eine definierteKenngröße zur Verfügung, um dieEnergieausnutzung verschiedenerKesselbauarten miteinander zu ver-gleichen.

Berechnung des Norm-Nutzungs-gra-

des

Tabelle 2 zeigt am Beispiel des Brenn-wertkessels Vitocrossal 300, wie aufBasis der in der DIN 4702-8 vorge-gebenen Daten für die Heizkreis-Belastung und Heizmitteltemperatu-ren und den dabei gemessenen Teillast-Nutzungsgraden der Norm-Nutzungsgrad errechnet wird.

In Bild 7 sind zusätzlich zu den Min-dest-Wirkungsgraden bei 30% dieNorm-Nutzungsgrade von modernenNiedertemperatur- und Brennwert-kesseln eingetragen. Es zeigt sich, dass diese deutlich über den europäischen Mindest-anforderungen liegen.

Die CE-Kennzeichnung nach Wir-kungsgrad-Richtlinie sagt allein nochnichts über die tatsächliche Ener-gieausnutzung aus. Entscheidend ist der Vergleich der Norm-Nutzungs-grade. Für Kessel über 400 kW, dienicht mehr in den Geltungsbereichder Wirkungsgrad-Richtlinie fallen,wird in der 1. BImSchV ein Norm-Nutzungsgrad von mindestens 91%gefordert.

120

100

80

60

40

20

0

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47

02

-8 (

75/6

0°C

)

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02

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75/6

0°C

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47

02

-8 (

40/3

0°C

)

Nu

tzu

ng

sg

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[%

]

65 - 80%

82 - 88%

92 - 95%

101 - 105%106 - 109%

88,5 - 91,5%

97,5 - 99,5%*

*

*

*

kleiner Wert: bei 4 kW – großer Wert: bei 400 kW

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Heizsystemtemperatur 75/60 °C

Heizkreis- Heizmittel- Teillast- RechenwertBelastung temperaturen Nutzungsgrad 1 / ηϕ,iϕHK [%] υVL / υRL [°C] ηϕ,i [%] [1/%]

13 27 / 25 109,5 0,00913230 37 / 32 108,4 0,00922539 42 / 36 107,2 0,00932848 46 / 39 105,7 0,00946163 55 / 45 103,0 0,009708

∑ = 0,0468545 5

Norm-Nutzunggrad ηN = –––––––––– = ––––––––– = 106,7%5∑ (1 / ηϕ,i) 0,046854i=1

2 Nutzungsgrad-Steigerung durch

Niedertemperatur-Betrieb

10

Die Verluste von Heizkesseln setzensich zusammen aus dem Abgasver-lust und dem Oberflächenverlust.Der Oberflächenverlust beinhaltet alle Verluste, die der Kessel beimBrennerbetrieb als Strahlungsverlustbzw. während der Stillstandszeitenals Bereitschaftsverlust über seineOberfläche abgibt. Die Wärmever-luste über Türen und Reinigungs-öffnungen werden vorwiegend durchdie Flamme bzw. Heizgase währendder Laufzeit des Brenners verursacht.Die wasserführenden Bauteile desKessels geben dagegen während dergesamten Betriebszeit Wärme ab.

Diese Oberflächenverluste sind ab-hängig von der Betriebsweise desHeizkessels und der sich daraus er-gebenden Kesselwassertemperatursowie der Qualität der Wärmedäm-mung. Hohe Oberflächen- und Ab-gasverluste sind kennzeichnend fürfrühere "Konstanttemperaturkessel”,die zur Vermeidung von Schwitz-wasserbildung in den Konvektions-heizflächen ganzjährig mit einer Kesselwassertemperatur von 75°Cund mehr betrieben werden müssen. Die Nutzungsgrade dieser Heizkesselliegen zum Teil unter 80%, d. h. mehrals 20% der zugeführten Brennstoff-menge gehen ungenutzt verloren(Bild 8 und 9).

Ausgehend von dieser Erkenntnisentwickelte Viessmann auch für denmittleren und großen Leistungsbe-reich Niedertemperatur-Heizkessel,bei denen die Kesselwassertempe-ratur der Witterung entsprechendgleitend abgesenkt werden kann.Voraussetzung für diese Betriebs-weise sind geeignete Kesselkon-struktionen, bei denen vor allem dieKonvektionsheizfläche so ausgelegtist, dass auch bei niedrigen Betrieb-stemperaturen der Schwitzwasser-bildung entgegengewirkt wird.

Bild 8: Verluste eines Heizkessels während der Brennerbetriebszeit

Bild 9: Verluste eines Heizkessels während derBrennerstillstandszeit

Q K

Q S

ηK = ( Q

F – Q

A – Q

S ) / Q

F = Q

K / Q

F

Q A

Q F

Q K

Q B

ηK = Kesselwirkungsgrad

QF = Feuerungs- oder Brenner-leistung

QK = Kessel-Nennleistung

QA = Abgasverlust

QS = Oberflächenverlust des Heizkessels während desBrennerbetriebes

QB = Oberflächenverluste des Heizkessels während der Stillstandszeit

·

·

·

·

·

11

3 Mehrschalige Konvektionsheiz-

flächen für hohe Betriebssicherheit

und lange Nutzungsdauer

Die Konvektionsheizflächen für Niedertemperatur-Heizkessel größer70 kW (Bild 10) müssen so ausgelegtsein, dass neben dem Betrieb mitniedriger Kesselwassertemperaturauch beim Teillastbetrieb mit 2-stufi-gen oder modulierenden Brennerndas Unterschreiten der Wasser-dampf-Taupunkttemperatur ver-hindert wird.

Für die Niedertemperatur (NT)-Heizkessel Vitoplex 300 von 80 bis1750 kW wird eine mehrschaligeKonvektionsheizfläche, das Triplex-Rohr, eingesetzt (Bild 11).

Die NT-Heizkessel Vitomax 300 von1860 bis 5900 kW sind mit Duplex-Rohren ausgestattet (Bild 12).

Bild 11: Triplex-Rohr – mehrschalige Konvekti-onsheizfläche des Vitoplex 300

Bild 12: Duplex-Rohr des Vitomax 300

Bild 10: Vitoplex 300 – Dreizugkessel mit mehrschaligen Konvektionsheizflächen, verfügbar imNenn-Wärmeleistungsbereich von 80 bis 1750 kW

Mehrschalige Konvektionsheizflächen

für hohe Betriebssicherheit und lange

Nutzungsdauer

Einschalig:

1

U = –––––––––––––––1 s 1

––– + –– + –––α1 λ α2

Zweischalig:

1

U = –––––––––––––––––––––1 s1 s2 1––– + –––– + ––– + –––α1 λ1 λ2 α2

3.1 Wirkungsweise mehrschaliger

Konvektionsheizflächen

Dem Wärmeübergang vom Heizgasauf die Heizfläche und von dort andas Kesselwasser wirkt, wie bei allenWärmeübertragungsvorgängen, einWiderstand entgegen. Dieser Wärme-durchgangswiderstand setzt sich zusammen aus der Summe der Teil-widerstände, die u. a. abhängig sindvon der Wärmeleitfähigkeit der ein-zelnen Stoffe, über die die Wärme-übertragung erfolgt. In Abhängigkeitvom Wärmeangebot und von deneinzelnen Wärmeleitwiderständenstellen sich bestimmte Temperaturenauf den Heizflächen ein. Die Ober-flächentemperatur auf der heizgas-beaufschlagten Seite wird nichtdurch die hohe Heizgastemperatur,sondern maßgeblich durch die sehrviel niedrigere Kesselwassertempe-ratur bestimmt.

Bei einschaligen Heizflächen stelltsich nur eine geringe Temperatur-differenz zwischen der Kesselwasser-temperatur und der Temperatur aufder heizgasseitigen Oberfläche ein.Aus diesem Grunde kann der imHeizgas enthaltene Wasserdampfkondensieren, wenn die Kessel-wassertemperatur unterhalb des Taupunktes liegt.Bei mehrschaligen Heizflächen hin-gegen wird ein Wärmedurchgangs-widerstand aufgebaut. Dieser kanndurch konstruktive Optimierungen so beeinflusst werden, dass auch beiniedriger Kesselwassertemperaturdie Wandtemperatur auf der Heiz-gasseite über dem Wasserdampf-taupunkt liegt und damit der Tau-punktunterschreitung entgegen-gewirkt wird (Bild 13).

Oberflächentemperatur (Wandtempe-

ratur) auf der Heizgasseite (Bild 14)

Bild 13: Wirkungsweise von ein- und mehrschaligen Heizflächen

90 °C

70 °C

57 °C

50 °C

Zweischalige Verbundheizfläche

EinschaligeHeizfläche

Taupunkt-temperaturbei Erdgas

Wärmefluss Wärmefluss

Heizgas HeizgasKesselwasser Kesselwasser

Bild 15: Nasses, beschlagenes Fenster bei ein-facher Verglasung und trockenes Fenster beidoppelter Verglasung

12

Bild 14: Wärmefluss durch eine Heizkesselwand

UυF1 = υA – –– · (υA – υW)

α1

Wärmefluss

s

HeizgaseKesselwasser

υW

υA

υF12( )

1( )

(λ)

13

Mehrschalige Konvektionsheizflächen

für hohe Betriebssicherheit und lange

Nutzungsdauer

Bild 16: Verlauf der Heizgastemperatur und der Oberflächentemperatur auf der Heizgasseite der Konvektionsheizfläche des Vitoplex 300

Bild 17: Unterschiedliche Abstände bei der Verpressung von Innen- und Außenrohr sorgenfür einen dosierten Wärmedurchgang beim Triplex-Rohr

1000°C900°C800°C700°C600°C500°C400°C300°C200°C100°C

Heizgastemperatur

100°C

90°C

80°C

70°C

60°C

50°C

40°C

bei 75°CKesselwassertemp.

bei 40°CKesselwassertemp.

Nenn-Wärmeleistung Teillast

Rohr-Oberflächentemperatur auf der Heizgasseite

950°C

750°C

180°C130°C

3.2 Dosierter Wärmedurchgang

Beim Durchströmen der Heizgasedurch die Kesselheizflächen nimmtdie Temperatur der Heizgase zumKesselende hin ständig ab. Damitsteigt die Gefahr der Taupunktunter-schreitung auf der heizgasbeauf-schlagten Seite in diesem Bereich,besonders bei Teillast des Brennersmit niedrigeren Heizgastemperaturenund Heizgasgeschwindigkeiten. Deshalb wird bei mehrschaligenHeizflächen der Wärmedurchgang so dosiert, dass auch im hinteren Bereich der Konvektionsheizflächen eine Taupunktkondensation ver-mieden wird (Bild 16).

Die Konvektionsheizflächen des Vitoplex 300 bestehen aus zweiStahlrohren, die wärmeleitend mit-einander verbunden sind (Triplex-Rohr). In das äußere Rohr ist ein Spezialrohr mit angefalteten Längs-rippen eingeschoben. Damit vergrö-ßert sich die effektive Heizfläche aufder heizgasbeaufschlagten Ober-fläche gegenüber Glattrohren umdas ca. 2,5-fache (Bild 17). Der Vitoplex 300 kommt daher mitweniger Rohren für die Konvektions-heizflächen aus als herkömmlicheHeizkessel. Unterschiedliche Ab-stände bei der Verpressung von Innen- und Außenrohr, die zum Kesselende hin zunehmen, sorgenfür einen dosierten Wärmedurch-gang.

Bei den Vitomax 300 werden mehr-schalige Konvektionsheizflächen inForm von Duplex-Rohren eingesetzt.Das Duplex-Rohr besteht aus zwei ineinander geschobenen Stahlroh-ren, die miteinander wärmeleitendverpresst sind. Auch hier wird durchunterschiedliche Abstände bei derVerpressung von Innen- und Außen-rohr der Wärmedurchgang dosiert(Bild 12).

4 Brennwerttechnik

14

Eine Steigerung des Nutzungsgradesüber die Grenzen der konventionel-len bzw. Niedertemperatur-Heizkes-sel hinaus kann mit der Brennwert-technik erreicht werden. Der erheb-liche Wärmeanteil, der bei "konven-tionellen Heizkesseln” mit den Abgasen durch die Abgasanlage entweicht, wird bei der Brennwert-technik genutzt. Ein besonders wirtschaftlicher Heizbetrieb undminimale Schadstoff-Emissionenzeichnen diese Technologie aus.

4.1 Was geschieht bei der Verbren-

nung?

Die brennbaren Bestandteile derBrennstoffe, in der Hauptsache Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H),verbinden sich bei der Verbrennungmit dem Sauerstoff der Luft. Dabeientstehen neben der Wärme auchKohlendioxid (CO2) und Wasser-dampf (H2O) (Bild 18).

Die Verbrennungsgleichung am Bei-spiel von Methan (CH4), das zu mehrals 80% Bestandteil von Erdgas ist,zeigt dies deutlich:

CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O

Werden die Temperaturen auf denWandungen der Heizflächen unterdie Wasserdampf-Taupunkttempe-ratur abgekühlt, entsteht Kondens-wasser. Bei Erdgas liegt die Wasser-dampf-Taupunkttemperatur bei ca.57°C, bei Heizöl EL bei ca. 47°C (Bild 19).

Bild 18: Wärmegewinn aus den Heizgasen

CH4

O2

O2

CO2

H2O

H2O

Bild 19: Wasserdampf-Taupunkttemperatur

Bild 20: Brennwerttechnik – Wärmeflussschema

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

25

30

35

40

45

50

55

60

CO2-Gehalt [Vol-%]

Wasserd

am

pf-

Tau

pu

nktt

em

pera

tur

[°C

]

Erdgas

(95% CH4)

Heizöl EL

Brennwert (111%)

Heizwert (100%)

11%Verdampfungs-

wärme

Abgasverluste

Abstrahlungs-

und Betriebs-

bereitschafts-

verluste

Verdampfungs-

wärmeverluste

Norm-Nutzungs-grad bei Nieder-temperatur-betrieb bis 96%

Norm-Nutzungs-grad bei Brenn-wertnutzung bis 109%

Bild 21: Energieinhalt bei Heizöl EL, Erdgas

Tabelle 3: Energieinhalte von Brennstoffen

Bild 22: Inox-Crossal-Heizfläche

10,08

10,68

9,78

11,46

10,35

8,83

versteckte (latente) Wärme

fühlbare (sensible) Wärme

Heizöl EL Erdgas LL Erdgas E

En

erg

iein

halt

[kW

h/m

3 b

zw

. l]

Um die Energieausnutzung von Niedertemperatur- und Brennwert-kesseln vergleichen zu können, werden Norm-Nutzungsgrade in der Heiztechnik weiterhin auf denHeizwert (Hi) bezogen. Tabelle 3 zeigt das Verhältnis von Brennwert (Hs) zu Heizwert (Hi ) bei verschiedenen Energieträgern.

Generell gilt:

Je größer die Differenz zwischenBrennwert (Hs) und Heizwert (Hi) ist,desto höher ist die mögliche Brenn-wertnutzung. Beim Öl beträgt dieDifferenz zwischen Heizwert undBrennwert 6% und bei Erdgas 11%.

Wichtig für effiziente Brennwert-nutzung ist, die Feuerungen mit einem hohen CO2-Gehalt bzw. einemniedrigen Luftüberschuss zu betrei-ben. Vorteilhaft sind Gas-Gebläse-brenner, während atmosphärischeBrenner aufgrund der höheren Luft-überschüsse eine niedrigere Tau-punkttemperatur haben und somitdie Kondensation der Heizgase und damit die Brennwertnutzung späterbeginnt.

Die in dem Heizgas enthaltene laten-te Wärme (auch als Verdampfungs-wärme bezeichnet) wird durch dieKondensation des bei der Verbren-nung entstehenden Wasserdampfesfrei und dem Kesselwasser zuge-führt. Bei dem Einsatz von Erdgaskann gegenüber einem Niedertempe-ratur-Heizkessel der Norm-Nutzungs-grad um bis zu 15% gesteigert werden. Die Folge ist ein deutlich geringerer Energieverbrauch zur Erzeugung der gewünschten Wärme-menge. Bild 20 zeigt den entspre-chenden Wärmefluss bei einem Niedertemperatur- und Brennwert-kessel.

4.2 Heizwert und Brennwert

Der Heizwert (Hi) bezeichnet die Wärmemenge, die bei einer vollstän-digen Verbrennung frei wird, wenndas dabei entstehende Wasserdampfförmig ist.

Der Brennwert (Hs) definiert die beivollständiger Verbrennung frei wer-dende Wärmemenge einschließlichder Verdampfungswärme, die imWasserdampf der Heizgase enthaltenist.

Bei Niedertemperatur- und Standard-Heizkesseln darf es nicht zu einerKondensation der Heizgase kommen,da dies zu Korrosionsschäden an denHeizflächen führen würde. Die Ver-dampfungswärme konnte somitfrüher nicht genutzt werden. Für alleNutzungsgrad-Berechnungen wurdedaher der Heizwert (Hi) als Bezugs-größe gewählt. Durch die zusätzlicheNutzung der Verdampfungswärmeund den Bezug auf Hi entstehen bei der Brennwertnutzung somit Nutzungsgrade von über 100%.

Die Brennwertnutzung bietet sichbeim Einsatz von Erdgas ganz beson-ders an, aber auch die Öl-Brennwert-nutzung schafft zusätzliche Energie-einspar-Potenziale (Bild 21).

Edelstahl Rostfrei für hohe Betriebs-

sicherheit und lange Nutzungsdauer

Die Heizflächen von ViessmannBrennwertkesseln werden aus hoch-legiertem korrosionsbeständigemEdelstahl (Chrom-Nickel-Molybdän-legiert) gefertigt. Edelstahl Rostfreiwidersteht saurem Kondenswasserund bietet hohe Betriebssicherheitund lange Nutzungsdauer (Bild 22).

Brennwerttechnik

15

Brenn- Heiz- Hs/Hi Hs – Hi Kondens-

wert wert wassermenge

Hs Hi (theoretisch)

kWh/m3 kWh/m3 kWh/m3 kg/m3 1)

Stadtgas 5,48 4,87 1,13 0,61 0,89Erdgas LL 9,78 8,83 1,11 0,95 1,53

Erdgas E 11,46 10,35 1,11 1,11 1,63

Propan 28,02 25,80 1,09 2,22 3,37Heizöl EL2) 10,68 10,08 1,06 0,60 0,88

1) bezogen auf die Brennstoffmenge2) bei Heizöl EL sind die Angaben auf die Einheit „Liter“ bezogen

Brennwerttechnik

16

4.3 Nutzungsgrad bis 109%

Inox-Crossal-Heizflächen sind hoch-wirksame Kondensations-Wärme-tauscherflächen mit einem Netz vongegenläufig sich kreuzenden Ein-pressungen, die den Heizgasstromintensiv verwirbeln (Bild 23).

Die einschalige und unberippte Heiz-fläche bietet einen geringen Wärme-durchgangswiderstand und sorgt damit für einen geringen Tempe-raturunterschied zwischen der Kesselwasser- und der Heizgasseite.

Die Temperatur auf der Heizgasseiteliegt, je nach Rücklauftemperatur, unterhalb des Wasserdampf-Tau-punktes von 57°C: Der Wasserdampfder Heizgase kondensiert intensiv anden Heizflächen und gibt die dabeifrei werdende Wärme als zusätzlicheHeizenergie an das Kesselwasser ab.

Inox-Crossal-Heizflächen übertragendie Wärme hochwirksam an das Kesselwasser. Die Abgastemperaturliegt nur ca. 5 bis 15 K über der Rücklauftemperatur, der Abgasver-lust ist so über die gesamte Heiz-periode, unter allen Betriebsbedin-gungen, äußerst gering. Die sehrniedrigen Abgastemperaturen unddie intensive Kondensation sorgen in Abhängigkeit der Heizsystem-temperatur für Norm-Nutzungsgradebis 109% – bezogen auf den Heizwert(Hi) von Erdgas.

Senkrecht angeordnete Inox-

Crossal-Heizflächen

Inox-Crossal-Heizflächen sind senk-recht angeordnet, das heißt, das anfallende Kondenswasser fließt ungehindert von oben nach untenab. Aufkonzentrationen durch Rück-verdampfung des Kondenswassers werden vermieden. Das sich bilden-de Kondenswasser spült die Heiz-flächen ab und hält sie sauber. Dieser Selbstreinigungseffekt sorgtfür einen geringen Wartungsauf-wand und verhindert Funktions-störungen durch Antrocknen desKondenswassers.

Bild 23: Heizgas- und Kondenswasserführung

Ke

sse

lwa

sse

r

Heizgas

Ko

nd

en

sw

asse

r

Bild 24: Vitocrossal 300 – Gas-Brennwertkessel mit Inox-Crossal-Heizflächen aus Edelstahl Rostfrei,Nenn-Wärmeleistung: 87 bis 978 kW

Einflussfaktoren auf eine effektive

Brennwertnutzung

Die wesentlichen Einflussfaktorensind die hydraulische Einbindungder Brennwertkessel und die Rück-lauftemperatur des Heizsystems.

Sie bestimmen maßgeblich die Effizienz der Brennwertnutzung. Vor allem bei der Integration vonBrennwertkesseln in bestehende Heizungssysteme gilt es, durch geeignete Maßnahmen die Brenn-wertnutzung zu maximieren.

17

Brennwerttechnik

20 15 10 5 0 –5 –10 –15

20

30

40

50

60

70

He

izsy

ste

mte

mp

era

tur

[°C

]

Außentemperatur [°C]

Taupunkttemperatur (Erdgas ca. 57°C)

Theoretischer Kondensationsbereich bei Gas (Heizsystem 75/60°C)80

90

75°C

60°C

(–11,5°C)

Taupunkttemperatur (Heizöl ca. 47°C)

Theoretischer Kondensationsbereich bei Öl (Heizsystem 75/60°C)

Bild 25: Einfluss der Heizsystemtemperatur auf die Kondensation

111

97

υV = 40°C, υR = 30°C ηN

= 109%

υV = 75°C, υR = 60°C ηN

= 107%

υV = 90°C, υR = 70°C ηN

= 104%

110

109

108

107

106

105

104

103

102

101

100

99

98

96

950 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Te

illa

st-

Nu

tzu

ng

sg

rad

[%

]

Auslastung [ϕ]

4.4 Welchen Einfluss hat die

Heizsystem-Temperatur bzw.

Rücklauftemperatur?

Bild 25 zeigt, welchen Einfluss dieHeizsystem-Temperaturen auf die effektive Brennwertnutzung hat. Es wird deutlich, dass bei einer Aus-legung des Heizsystems auf 75/60°Coberhalb einer Außentemperatur von ca. –10°C mit Kondensation zurechnen ist, da die Heizungsrücklauf-temperatur die Wasserdampf-Tau-punkttemperatur der Heizgase unter-schritten hat. Somit können rund90% des jährlichen Heizenergie-aufwandes mit Brennwertnutzung abgedeckt werden.

Selbst bei einer auf 90/70°C ausge-legten Anlage kondensieren die Heizgase, sobald die Außentempe-ratur von ca. –2°C überschritten hat.

Ideale Voraussetzungen zeigt die Systemauslegung einer Flächen-heizung mit z. B. 40/30°C, die einenganzjährigen Kondensationsbetriebund damit höchstmögliche Nut-zungsgrade ermöglicht.

Fazit:

Nicht nur in einem Heizsystem mitniedrigen Systemtemperaturen (z. B. Fußbodenheizung), sondernauch bei konventionell ausgelegtenRadiatorenheizflächen ist ein effizi-enter Betrieb von Brennwertkesselnmöglich, da die Rücklauftemperatu-ren über einen weiten Außentempe-raturbereich die Wasserdampf-Taupunkttemperatur unterschreiten.

Bild 26 zeigt den charakteristischenVerlauf der Nutzungsgrade bei verschiedenen Heizsystem-Tempe-raturen. Auch bei einem Heizsystem90/70°C ermöglicht der Gas-Brenn-wertkessel gegenüber einem moder-nen Niedertemperatur-Heizkesselnoch eine zusätzliche Energieein-sparung bis 10%.

Bild 26: Verlauf der Teillast-Nutzungsgrade für verschiedene Heizsysteme bei einem Gas-Brennwert-kessel – ηN sind die daraus errechneten Norm-Nutzungsgrade

5 Gas-Brennwertnutzung bis 6600 kW

18

Bild 27: Brennwerttechnik – zusätzlicher Wärmegewinn aus Abgasabkühlung und Kondensation inAbhängigkeit der Rücklauftemperatur

Bild 28: Vitotrans 333 mit Vitoplex-Heizkessel inKombination für Brennwertnutzung

Besonders im größeren Leistungsbe-reich werden zur Brennwertnutzungden Heizkesseln Abgas-/Wasser-Wärmetauscher nachgeschaltet. Die Vitotrans 333 Abgas-/Wasser-Wärmetauscher stehen für Heiz-kessel von 80 bis 6600 kW zur Verfügung.

5.1 Abgas-/Wasser-Wärmetauscher

In den Vitotrans 333 Abgas-/Wasser-Wärmetauschern wird die Abgas-temperatur drastisch gesenkt undliegt nur noch 10 bis 25 K über derRücklauftemperatur des Heizungs-wassers. Allein dadurch wird derNutzungsgrad um ca. 5%-Punkte gesteigert. Die weitere Energieein-sparung und der eigentliche Vorteilvon Brennwert-Abgas-Wärmetau-schern liegt in der Nutzung der Wärme, die beim Kondensieren derHeizgase an den kalten Heizflächenfrei wird. In Abhängigkeit von derHeizwassertemperatur im Abgas-Wärmetauscher beträgt der weitereEnergiegewinn durch die Konden-sation nochmals bis zu 7% bei Gas.

Der Nutzungsgrad von Gas-Heiz-kesseln kann durch das Nachschaltenvon Abgas-Wärmetauschern somitum bis zu 12%-Punkte gesteigertwerden, der Brennstoffverbrauch reduziert sich im entsprechendenUmfang.

Beispiel aus Bild 27 mit einer Rück-

lauftemperatur von 45°C:

Abgasverlust BW ≈ 1,9%

Kondensationsgewinn BW ≈ 6,2%

Abgasverlust NT ≈ 7,5%

Wärmegewinn durch BW ≈ 11,8%

Wärmegewinn BW = Kondensations-gewinn BW+(Abgasverlust NT – BW)

= + ( – )

= 6,2 + ( 7,5 – 1,9 )

= 11,8%

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Ve

rlu

ste

/Wä

rme

ge

win

n [

%]

30 40 50 60 70

Rücklauftemperatur [°C]

Abgasverlust NT

Abgasverlust BW

Kondensationsgewinn BW

Wärmegewinn

1

2

3

411,8%

7,5%

6,2%

1,9%

45

Bild 29: Abgas-/Wasser-Wärmetauscher Vitotrans 333, Nenn-Wärmeleistung: 80 bis 500 kW

1

2

3

4

4 2 3 1

19

5.2 Kurze Amortisationszeiten

Der deutlich geringere Energiever-brauch, der mit dem Einsatz von Abgas-/Wasser-Wärmetauschern zurBrennwertnutzung zu erreichen ist,amortisiert die Investition in wenigen Jahren.

Bild 30 zeigt die Kapitalrückfluss-zeiten in Abhängigkeit der Kessel-leistung bei verschiedenen Nut-zungsgradsteigerungen. Die Nut-zungsgradsteigerungen von 7 bzw.10%, die von der Ausführung und derBetriebsweise der Anlage abhängen,stellen das Spektrum der im prakti-schen Betrieb erreichbaren Wertedar.

Bei der langen Nutzungsdauer vonKesselanlagen können also die Betriebskosten erheblich reduziert werden. Der Einsatz der energie-sparenden und umweltschonendenBrennwerttechnik sollte deshalb sowohl bei Neuanlagen als auch beiKesselmodernisierungen grundsätz-lich in Betracht gezogen werden.

Die Heizflächen der Vitotrans 333 Abgas-/Wasser-Wärmetauscher bestehen aus Edelstahl. Die Gerätefür Heizkessel bis 1750 kW haben Inox-Crossal-Heizflächen, die Gerätefür Kessel von 1860 bis 6600 kWsenkrecht angeordnete Rohre als Inox-Tubal-Heizfläche (Bild 31). Das Kondenswasser kann senkrechtnach unten abfließen. Es können sich keine materialschädigendenAufkonzentrationen bilden. Außer-dem spült das anfallende Kondens-wasser die Heizflächen ab und hältsie sauber. Die Heizflächen müssenpraktisch nicht gereinigt werden. Bild 31: Abgas-/Wasser-Wärmetauscher

Vitotrans 333, Nenn-Wärmeleistung: 1860 bis6600 kW

Bild 30: Kapitalrücklaufzeiten für gasbefeuerte Vitotrans 333 Abgas-/Wasser-Wärmetauscher mit 7%bzw. 10% Nutzungsgradsteigerung

7,5

7

6,5

6

5,5

5

4,5

4

3,5

3

2,5

2

1,5Ka

pit

alr

ück

lau

fze

it [

a]

575 720 895 1120 1400 1750 1860 2300 2900 3500 4100 4700 5900

Kesselleistung [kW]

7% Nutzungsgradsteigerung

10% Nutzungsgradsteigerung

Brennstoffpreis: 0,40 €/m3

Jahres-Vollbenutzungsstunden: 1600 h/a

Gas-Brennwertnutzung bis 6600 kW

6 Öl-Brennwertnutzung

20

Wegen der besondes energiesparen-den und umweltschonenden Eigen-schaften sollte bei Planungen auchdie Öl-Brennwertnutzung betrachtetwerden. Der Gewinn aus der Nut-zung der Kondensationswärme istbei Heizöl aufgrund der Beschaffen-heit des Brennstoffs zwar geringer,der Gewinn durch die Abkühlung der Abgase ist jedoch in jedem Fallgegeben. Die in der Praxis zu erwar-tenden Nutzungsgradsteigerungenliegen zwischen 5 und 7%.

Voraussetzung für die sichere und effiziente Öl-Brennwertnutzung sindentsprechend geeignete Abgas-/Wasser-Wärmetauscher.

Die Vitotrans 333 Abgas-/Wasser-Wärmetauscher werden auch zur Öl-Brennwertnutzung angeboten. Die heizgasberührten Flächen be-stehen dann aus dem hochwertigenEdelstahl 1.4539, der gegen schwe-felsäurehaltiges Kondenswasser aus Heizölfeuerungen beständig ist (Bild 32).

Auch die Abgasanlagen müssen in diesem Fall aus entsprechenden Materialien gefertigt werden. Bei der hydraulischen Einbindunggelten die gleichen Bedingungen wie bei Gasfeuerung.

Bild 32: Abgas-/Wasser-Wärmetauscher Vitotrans 333, Nenn-Wärmeleistung: 575 bis 1750 kW

Brennstoffbedingt unterscheidet sichdie Öl-Brennwertnutzung von derGas-Brennwertnutzung in folgendenPunkten:

– die Taupunkttemperatur der Öl-Heizgase liegt ca. 10 K niedriger als bei Gasfeuerung, die Konden-sation beginnt später

– die Differenz zwischen unteremund oberem Heizwert beträgt beiHeizöl 6% gegenüber 11% bei Gas-feuerung. Der zusätzliche Energie-gewinn ist damit geringer.

– Öl-Brennwertkessel müssen wegen des im Öl enthaltenenSchwefels entsprechend gestaltetund aus geeigneten Werkstoffengefertigt sein. Das Kondenswasserist gemäß den Vorgaben des ATV-DVWK-Arbeitsblattes A251 abzuleiten.

Brennwertnutzung auch bei Kombi-

betrieb möglich

Bei größeren Heizungsanlagen werden vielfach Öl-/Gas-Kombi-brenner eingesetzt. Gründe hierfürkönnen Aspekte der Versorgungs-sicherheit bzw. Vorgaben des Gas-versorgers sein, bei Spitzenab-nahmen auf den Brennstoff Öl zuwechseln. Auch in diesen Fällen istes sinnvoll, die energiesparendeBrennwerttechnik einzusetzen. Sokönnen die Vitotrans 333 Abgas-/Wasser-Wärmetauscher zeitweise(maximal 6 Wochen pro Heizperiode)mit Heizöl EL betrieben werden.

21

7 Kondenswasserableitung und

Neutralisation

Bild 33: pH-Wert verschiedener Stoffe

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Kondenswasser ausBrennwertkesseln

Öl (EL) Gas

Abwasser ausHaushalten

basischsauer

pH-Wert

AkkusäureMagensäure

Haushalts-essig

Zitronensaft

nicht ver-unreinigtesRegen-wasser

SeewasserRegenwasser destilliertes

Wasser(neutral)

Leitungs-wasser

Ammoniak

7.1 Entstehung des Kondenswassers

Das Kondenswasser entsteht als einProdukt aus dem Verbrennungspro-zess, wie die Verbrennungsgleichungam Beispiel von Methan (CH4) zeigt,das zu mehr als 80% Bestandteil vonErdgas ist:

CH4 + 2 O2 ➔ CO2 + 2 H2O + Wärme

Die Hauptbestandteile der Brenn-stoffe – Kohlenstoff (C)-Wasserstoff(H) – Verbindungen, verbrennen mitdem Sauerstoff (O2) der Luft. Dabeientstehen neben Wärme als Verbren-nungsprodukt hauptsächlich Kohlen-dioxid (CO2) und Wasserdampf(H2O).

7.2 Kondenswassermenge

Die Menge des anfallenden Kondens-wassers hängt im Wesentlichen vonder Zusammensetzung des Brenn-stoffes und von der Abkühlung derAbgase ab. Theoretisch ergeben sich bei vollständiger Kondensationmit den zugrundeliegenden Stoff-werten eine Kondenswassermengevon 0,16 kg/kWh bei Erdgas und 0,09 kg/kWh bei Heizöl EL.

Die in der Praxis maximal erreich-baren spezifischen Kondenswasser-mengen m• K der Brennwertanlagensind gemäß Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 251 – Kondensate aus Brennwert-kesseln – wie folgt definiert:

– bei Erdgasfeuerung bis 0,14 kg/kWh Brennstoff

– bei Flüssiggasfeuerung bis 0,11 kg/kWh

– bei Ölfeuerung bis 0,08 kg/kWhBrennstoff.

Nenn-Wärme- Neutralisation für Feuerungsanlagen ist erforderlich bei

leistung

Gas Heizöl nach HeizölDIN 51603-1 DIN 51603-1

schwefelarm

bis 25 kW nein1), 2) ja nein1), 2)

25 bis 200 kW nein1), 2), 3) ja nein1), 2), 3)

> 200 kW ja ja ja

Tabelle 4: Neutralisationspflicht in Abhängigkeit von der Kesselleistung (Quelle: ATV-DVWK)

Einschränkungen:

Eine Neutralisation ist dennoch erforderlich 1) bei Ableitung des häuslichen Abwassers in Kleinkläranlagen2) bei Gebäuden, deren Entwässerungsleitungen nicht gegen saure Kondensate beständig sind

(z. B. verzinktes oder kupferhaltiges Material).3) wenn das geforderte Vermischungsverhältnis nicht erzielt wird.

7.3 Kondenswasserableitung

Gemäß ATV-DVWK-A 251 ist die Einleitung von Kondenswasser ausGasBrennwertanlagen in das öffent-liche Abwassersystem ohne Neutra-lisation bis 200 kW möglich (Tabelle 4). Kondenswasser aus Ölfeuerungennach DIN 51503-1 sind generell zuneutralisieren.

Bei dem Vermischungsgebot, denKondenswasser mit dem häuslichenAbwasser im Leistungsbereich zwischen 25 kW und 200 kW unter-liegt, wird der alkalische Charakterund das Puffervermögen für Säure-anteile des häuslichen Abwassersmit einem Sicherheitsfaktor von 100berücksichtigt. Das heißt, in diesemBereich kann man von einer Selbst-neutralisation des Kondenswassersdurch das häusliche Abwasser aus-gehen. Man kommt so bei Wohn-gebäuden und Büro- bzw. vergleich-baren Betriebsgebäuden zu einer einfachen Zuordnung von einer Mindestanzahl von Wohnungen oderBeschäftigten, ab der mit Sicherheitvon einer ausreichenden Vermi-schung auszugehen ist (Bild 34).

Beispiel zur Ermittlung der Neutra-

lisationserfordernis nach Bild 34

Beispiel 1:

Für ein Wohngebäude mit 5 Woh-nungen soll eine Gas-Brennwert-anlage mit 105 kW installiert werden.

➔ Neutralisation nicht erforderlich !

Beispiel 2:

Für ein Bürogebäude mit 50 Be-schäftigten soll eine Gas-Brennwert-anlage mit 170 kW installiert werden.

➔ Neutralisation erforderlich !

22

Bild 34: Mindestzahl der Wohnungen bzw. der Beschäftigten bezüglich des Vermischungsangebotesvon Gas-Kondeswasser mit häuslichem Abwasser in Abhängigkeit von der Kesselbelastung gemäßTabelle A2 und A3 im ATV – A 251

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

00 25 50 75 100 125 150 175 200

Neutralisation erforderlich

Neutralisation nicht erforderlich

Wo

hn

un

gsza

hl

Be

sch

äft

igte

nza

hl

Beispiel 1 Beispiel 2

Kesselbelastung [kW]

Bild 35: Granulat-Neutralisation für Kondens-wassermengen aus Gasfeuerungsanlagen bis70 l/h, entspricht ca. 500 kW Wärmeleistung

Bild 36: Granulat-Neutralisation mit Kondensat-hebepumpe – einsetzbar für Kondensatmengenbis 210 l/h, entspricht ca. 1500 kW Wärme-leistung

Kondenswasserableitung und

Neutralisation

23

8 Dreizugkessel für schadstoffarme

Verbrennung

Bei den kesselseitigen Maßnahmenkommt es darauf an, durch eine geeignete Heizgasführung und niedrige Brennraumbelastungen zur Kühlung der Flamme und Ver-minderung der Verweilzeit der Heizgase in heißen Flammenbe-reichen beizutragen, um damit dieNOx-Emission zu minimieren.

Bild 38: Thermische NOx-Bildung

Bild 37: Einflussparameter auf die NOx-Bildung

0 0,1 0,2 0,3

Verweilzeit t [s]

NO

[p

pm

]

Erdgas

1200 1400 1600 1800 2000 2200

25

50

75

100

NO

x [

%]

Temperatur [°C]

8.1 Schadstoffarme Verbrennung

durch Dreizugkessel mit niedriger

Brennraumbelastung

Die Nutzungsdauer von Mittel- undGroßkesselanlagen beträgt minde-stens 20 Jahre. Daher sollte bei derAuswahl der Anlagenkomponentennicht nur darauf geachtet werden,dass die heutigen Emissions-Grenz-werte eingehalten werden, sonderndass zum Beispiel die Heizkesseldurch ihre Bauart und die techni-schen Merkmale in der Lage sind,auch zukünftige Emissionsanforde-rungen zu erfüllen.

Bei jedem Verbrennungsprozess mitfossilen Energieträgern entstehenStickoxide (NOx), die zur Bildung des giftigen Ozons führen und densauren Regen mit verursachen.

Die NOx-Bildung wird durch folgendeFaktoren beeinflusst (Bild 38):

– Flammentemperatur: bis etwa1000°C ist der Anteil der NOx-Bildung noch sehr gering, ab1300°C nimmt dieser progressiv zu,

– Verweilzeit der Heizgase im Be-reich hoher Reaktionstemperatur:Je kürzer die Verweilzeit, desto weniger NOx entsteht,

– Sauerstoff-Partialdruck bzw. dasSauerstoffangebot in der Reak-tionszone: Je geringer der Sauer-stoffanteil, desto weniger NOxentsteht.

Durch gezielte Einflussnahme aufden Verbrennungsablauf kann dieNOx-Bildung deutlich reduziert wer-den. Die Maßnahmen bei Brennernund Kesseln ergänzen sich hierbei.Viele Brennerfirmen bieten nebenden Standard-Brennern auch schad-stoffarme Varianten – sogenannteLow-NOx-Brenner – an, die üblicher-weise nach dem Verfahren der inter-nen Heizgasrezirkulation die NOx-Bildung reduzieren.

Dreizugkessel für schadstoffarme

Verbrennung

24

Der Vitocrossal 300 Gas-Brennwert-kessel ist kein klassischer Dreizug-kessel, sondern hat einen sogenann-ten Durchgangs-Brennraum. Auchbei diesem Kessel kehren die Heiz-gase im Brennraum nicht um, son-dern strömen direkt vom Brennraumin die Konvektionsheizfläche. DasEmissionsverhalten ist vergleichbardem eines Dreizugkessels (Bild 40und 41).

8.2 Heizgasführung

Wesentliche Unterschiede bei derHeizgasführung zeigen sich bei Heizkesseln mittlerer und großer Leistung in den Bauarten Zweizug-kessel mit Umkehrfeuerraum undDreizugkessel.

Beim Zweizugkessel mit Umkehr-feuerraum endet der Brennraum miteiner üblicherweise wassergekühltenWand. Die bei der Verbrennung ent-stehenden Heizgase kehren am Endedes Brennraums um, strömen zurückund umschließen die Flamme. Da-nach gelangen sie in die Konvek-tionsheizflächen, den zweiten Zug.

Zweizugkessel mit Umkehrfeuer-räumen haben in der Regel höheremittlere Flammentemperaturen undlängere Verweilzeiten in Bereichenhoher Temperaturen, die die Stick-oxidbildung begünstigen. Denn dieheißen Heizgase strömen im Brenn-raum zurück und verringern die direkte Wärmeabgabe der Flammean den wassergekühlten Brennraum.

Günstiger ist die Situation bei Drei-zugkesseln. Die Heizgase kehren im Brennraum nicht um, sondernströmen am Brennkammerende übereine wassergekühlte Wendekammerin den zweiten Zug. Je nach Kessel-bauart ist der zweite Zug als Konvek-tionsheizfläche oder als Rückström-kanal ausgeführt. In einer weiterenWendekammer im Bereich der Kes-seltür bzw. Reinigungsöffnung ge-langen die Heizgase in den drittenZug, die als Konvektionsheizflächeausgebildet ist. Da die Heizgase denBrennraum durch die hinten liegendeWendekammer verlassen und keinerückströmenden Heizgase den Flam-menkern umschließen, kann dieFlamme mehr Wärme abgeben undwird dadurch kühler. Gleichzeitig istdie Verweilzeit der Heizgase in derReaktionszone kürzer, was ebenfallsdie NOx-Bildung reduziert (Bild 39).

Bild 39: Schematische Darstellung der Heizgasführung bei Zweizugkesseln mit Umkehrfeuerraumund Dreizugkesseln

Zweizugkessel Dreizugkessel

Bild 40: Heizgasführung beim Vitocrossal 300 Bild 41: Vitocrossal 300 mit MatriX-Strahlungs-brenner:– mit drehzahlgeregeltem Gebläse– für besonders geräuscharmen Betrieb– garantiert niedrige Schadstoffwerte– moduliert zwischen 30 und 100%

Rücklauf

Rücklauf

Abgasstutzen

Vorlauf

25

Dreizugkessel für schadstoffarme

Verbrennung

Tabelle 6: NOx-Emissions-Garantiewerte in Abhängigkeit der Brennraumbelastung und der Heizgasführung (Quelle: Weishaupt)

Brennraumbelastung ≤ 1,0 > 1,0 bis 1,5 > 1,5 bis 1,8[MW/m3]

3-Zug-Kessel 80 80 100

Umkehrflammkessel 80 100 –––

NOx in mg/m3 bei 3% O2 Weishaupt-Gasbrenner WG10 bis WG40/1-BAusführung LN

um geforderte Emissionswerte ein-halten zu können. Die damit verbun-dene Wahl der nächst größeren Kes-selleistung erhöht die Investitions-kosten für die Anlage und schränktden Regelbereich ein.

Fortschrittliche und zukunftssichereDreizugkessel zeichnen sich durchniedrige Brennraumbelastungen imBereich von 0,8 bis 1,3 MW/m3, ab-hängig von der Nennleistung desKessels, aus. Diese Kessel erreichenin Verbindung mit modernen Bren-nern Schadstoffwerte, die teilweisedeutlich unter TA-Luft-Werten liegen.Viessmann Mittel- und Großkesselbieten somit beste Voraussetzungen,auch die Schadstoffgrenzwerte vonmorgen und übermorgen zu erfüllen.

Je niedriger die Brennraumbe-lastung, desto niedriger sind die zuerwartenden NOx-Werte. So werdenvon Brennerherstellern einzuhalten-de NOx-Garantiewerte unter ande-rem von der Brennraumbelastungabhängig gemacht.

Tabelle 6 zeigt von der Firma Weis-haupt garantierte NOx-Werte in Ab-hängigkeit der Brennraumbelastungund der Heizgasführung. ÄhnlicheTabellen werden von anderen Brennerherstellern herausgegeben.Besonders niedrige NOx-Werte wer-den mit Dreizugkesseln mit niedrigerBrennraumbelastung erreicht. Heizkessel mit hohen Brennraumbe-lastungen von mehr als 1,5 MW/m3

müssen häufig unterbelastet werden,

Tabelle 5: NOx- und CO-Grenzwerte für Kesselanlagen

8.3 Grenzwerte für NOx und CO

Für Anlagen bis 120 kW Kessel-leistung sind gemäß 1. BImSchVNOx-Grenzwerte von 120 mg/kWh fürölbefeuerte Anlagen und 80 mg/kWhfür gasbefeuerte Anlagen einzuhal-ten. Bei Anlagen mit Kesselleistun-gen größer 120 kW müssen die Emis-sionen an Stickoxiden durch feue-rungstechnische Maßnahmen nachdem Stand der Technik begrenzt werden. Ab 20 MW Feuerungs-leistung gelten die Grenzwerte der 4. BImSchV (TA-Luft) (Tabelle 5).

Niedrige Brennraumbelastung

begünstigt NOx-Minderung

Die Brennraumbelastung (auch Feuerraum-Volumenbelastung genannt) ist das Verhältnis der Feuerungsleistung (Nenn-Wärme-belastung) zum Brennraumvolumen und wird in der Einheit MW/m3

angegeben.

Die Brennraumbelastung ist somitein Maßstab für die "Wärmedichte”im Brennraum. Wie bereits ausge-führt, ist die mittlere Flammentem-peratur im Brennraum ein wesent-liches Kriterium für die Bildung vonthermischem NOx.

Brennstoff Schadstoff 1. BImSchV 4. BImSchV (TA-Luft)

Erdgas NOx 80 mg/kWh Stand der Technik 100 mg/m3 100 mg/m3

CO Keine Anforderungen 80 mg/m3 50 mg/m3

Brennstoff Schadstoff 1. BImSchV 4. BImSchV (TA-Luft)

Heizöl EL NOx 120 mg/kWh Stand der Technik 180 mg/m3 180 mg/m3

CO Keine Anforderungen 80 mg/m3 80 mg/m3

Leistung 4 kW 120 kW 10 MW 20 MW 50 MW

– Emissionswerte in mg/m3 bei 3% O2– bei der 1. BImSchV gilt die Kesselleistung– bei der TA-Luft ist die Feuerungsleistung maßgebend– TA-Luftwerte für Warmwasserkessel bei 110°C

Dreizugkessel für schadstoffarme

Verbrennung

26

Bild 42: Niedertemperatur-Öl-/Gas-Heizkessel Vitoplex 300 – Nenn-Wärmeleistung: 575 bis 1750 kW

8.4 Große Wasserinhalte und

durchgehende Wasserräume –

keine Kesselkreispumpe erforderlich

Ein besonderer Vorteil der Stahl-Heizkessel von Viessmann liegt inden großen Wasserinhalten unddurchgehenden Wasserräumen sowie den großen Abständen zwi-schen den Heizgasrohren. Dadurchergeben sich geringe wasserseitigeStrömungswiderstände. Die Wärme-übertragung an das Kesselwasser erfolgt aufgrund der Eigenzirkulationdurch Schwerkraftwirkung, eine Kesselkreispumpe zur Zwangsdurch-strömung ist nicht erforderlich.

Die Vor- und Rücklaufstutzen bei denVitoplex- und Vitomax-Kesseln sindoben angeordnet, unter dem Rück-laufstutzen befinden sich Leitbleche.Diese verhindern, dass kaltes Rück-laufwasser direkt auf die Konvek-tionsheizfläche trifft. Die Leitblecheder Vitoplex-Heizkessel sind mit In-jektoröffnungen ausgestattet. Das inden Rücklauf eintretende Heizungs-wasser wird zwischen Leitblech undAußenmantel nach unten geführtund durch das durch die Injektor-öffnungen beigemischte Kessel-wasser vorerwärmt. Es strömt dannweiter nach unten und gelangt in den Bereich des Brennraums. Überden zylindrischen Brennraummantelwird bereits ein erheblicher Teil derNenn-Wärmeleistung übertragen –bei Dreizugkesseln ca. 60%. Dieserbeachtliche Anteil resultiert aus hohen Temperaturen im Brennraumsowie dem Strahlungswärme-Anteil.Die übrige Wärmeübertragung findetan den Konvektionsheizflächen statt(Bild 43).

Die optimierte Anordnung desBrennraums im unteren Bereich desKessels, der große Wasserinhalt unddie weiten Wasserräume ermögli-chen es, auf eine Zwangsdurchströ-mung mit Hilfe von Kesselkreispum-pen zu verzichten. Weiterhin werdendurch die großen Wasserinhalte dieBrennerlaufzeiten verlängert, was zu geringeren Schaltintervallen führt.

Bild 43: Wasserführung im Heizkessel

Bild 44: Thermographie-Aufnahme – Vorerwärmung des Rücklaufwassers im Bereichdes Leitblechs

27

9 Betriebsbedingungen

Wesentliche Anforderungen sind:

– Heizwasservolumenstrom

Stahl-Heizkessel wie die Vitoplexund Vitomax Kessel bzw. dieBrennwertkessel Vitocrossal 300benötigen aufgrund ihrer großenWasserräume und weiten Wasser-wände keinen Mindest-Heizwas-servolumenstrom durch den Kessel. Bei Guss-Heizkesseln, die bauartbedingt kleinere Wasser-inhalte haben, müssen teilweiseMindest-Volumenströme einge-halten werden, um zum Beispielwährend des Brennerbetriebs dieWärme sicher abzuführen.

– Mindest-Kesselrücklauftemperatur

Die Mindest-Rücklauftemperaturist abhängig von der Kesselkon-struktion, der Betriebsweise desBrenners und dem Brennstoff. Das Unterschreiten der Mindest-Rücklauftemperatur führt zur Kondensatbildung auf den Kessel-Heizflächen. Mit der Anfahrschal-tung Therm-Control muss bei vielen Vitoplex-Heizkesseln keineMindest-Rücklauftemperatur ein-gehalten werden. Falls für Heiz-kessel Mindest-Rücklauftempe-raturen gefordert werden, sind geeignete Maßnahmen zur Rück-lauftemperaturanhebung erforder-lich.

– Untere Kesselwassertemperatur

Diese ist ebenfalls abhängig vonder Bauart des Kessels, der Be-triebsweise des Brenners und demBrennstoff. Wird die Teillaststufe des Brennerauf weniger als 60% der Nennleis-tung eingestellt – z. B. beim Einsatzeines modulierenden Brenners –wird die sich dabei ergebende geringere Wärmebeaufschlagungder Heizflächen mit einer höherenKesselwassertemperatur und Mindest-Rücklauftemperatur kompensiert.

Die Vitoplex 300 mit mehrschaligerKonvektionsheizfläche können mit vorteilhaft niedrigen Kessel-wassertemperaturen betriebenwerden.

– Reduzierter Betrieb, Wochenend-

absenkung

Die besonders energiesparendeKomplettabschaltung des Heiz-kessels erfordert speziell dafür geeignete Heizkessel, z. B. denVitoplex 300 mit mehrschaligenKonvektionsheizflächen oder dieGas-Brennwertkessel Vitocrossal.

Heizkessel mittlerer und großer Leistung unterscheiden sich in derBetriebsweise zum Teil deutlich vonHeizkesseln kleiner Leistung. So sindz. B. für Leistungen ab 70 kW mehr-stufige oder modulierende BrennerStand der Technik. Betriebsweiseund Ausführung der Heizkessel mittlerer und großer Leistung erfor-dern Betriebsbedingungen, derenEinhaltung Voraussetzung für hoheBetriebssicherheit und lange Nut-zungsdauer ist.

Innerhalb der Kesselhersteller hatman sich bereits vor einigen Jahrenauf eine einheitliche Darstellung derBetriebsbedingungen verständigt,die im BDH-Informationsblatt Nr. 2“Betriebsbedingungen für Heiz-kesssel im Leistungsbereich über 120 kW” beschrieben sind.

Betriebsbedingungen

28

Tabelle 7: Betriebsbedingungen mit Vitotronic Kesselkreisregelungen

Vitoplex 300, 80 bis 1750 kW (Typ TX3)

ForderungenBetrieb mit Brennerbelastung ≥ 60% < 60%

1. Heizwasservolumenstrom Keine

2. Kesselrücklauftemperatur Keine(Mindestwert)

3. Untere Kesselwassertemperatur – Ölbetrieb 40°C – Ölbetrieb 50°C– Gasbetrieb 50°C – Gasbetrieb 60°C

4. Zweistufiger Brennerbetrieb 1. Stufe 60% der Nenn-Wärmeleistung Keine Mindestbelastung erforderlich

5. Modulierender Brennerbetrieb Zwischen 60 und 100% der Keine Mindestbelastung erforderlichNenn-Wärmeleistung

6. Reduzierter Betrieb Wenn keine Wärme benötigt wird, kann der Heizkessel abgeschaltet werden

7. Wochenendabsenkung Wie reduzierter Betrieb

Vitorond 200, 125 bis 1080 kW (Typ VD2)

ForderungenBetrieb mit Brennerbelastung ≥ 60% < 60%

1. Heizwasservolumenstrom 30% bei Nenn-Wärmeleistung

2. Kesselrücklauftemperatur – Ölbetrieb 40°C – Ölbetrieb 53°C(Mindestwert) – Gasbetrieb 53°C – Gasbetrieb 53°

3. Untere Kesselwassertemperatur – Ölbetrieb 50°C – Ölbetrieb 60°C– Gasbetrieb 60°C – Gasbetrieb 65°C

4. Zweistufiger Brennerbetrieb 1. Stufe 60% der Nenn-Wärmeleistung Keine Mindestbelastung erforderlich

5. Modulierender Brennerbetrieb Zwischen 60 und 100% der Keine Mindestbelastung erforderlichNenn-Wärmeleistung

6. Reduzierter Betrieb Einkesselanlagen und Führungskessel von Mehrkesselanlagen– Betrieb mit unterer KesselwassertemperaturFolgekessel von Mehrkesselanlagen– werden abgeschaltet

7. Wochenendabsenkung Wie reduzierter Betrieb

Vitocrossal 300, 87 bis 978 kW

Forderungen

1. Heizwasservolumenstrom Keine

2. Kesselrücklauftemperatur Keine(Mindestwert)

3. Untere Kesselwassertemperatur Keine

4. Zweistufiger Brennerbetrieb Keine

5. Modulierender Brennerbetrieb Keine

6. Reduzierter Betrieb Keine – eine Totalabsenkung ist möglich

7. Wochenendabsenkung Keine – eine Totalabsenkung ist möglich

29

10 Anfahrschaltung Therm-Control

für einfache hydraulische Einbindung

Bild 45: Wirkungsweise der Anfahrschaltung Therm-Control

Funktionsweise Therm-Control

Entscheidend für die hohe Betriebs-sicherheit und Funktionalität der Anfahrschaltung ist die Platzierungdes dafür erforderlichen Temperatur-sensors im Heizkessel. Die Positio-nierung des Therm-Control im Be-reich des Rücklaufstutzens ermög-licht es, rechtzeitig den thermischenZustand im Heizkessel zu erkennenund regelungstechnische Maßnah-men einzuleiten.

Der Therm-Control-Sensor ist so eingebaut, dass er eine Mischtempe-ratur aus Rücklauf- und Kesselwas-sertemperatur erfassen kann. Ent-scheidender Vorteil dieses Systems:Ein regelungstechnischer Eingriff erfolgt frühzeitig bevor der Heiz-kessel durch kaltes Rücklaufwasserausgekühlt ist (Bild 46).

Der Wunsch nach niedrigen Investi-tions- und Betriebskosten erforderteinfache hydraulische Einbindungen.Einen wegweisenden Schritt hatViessmann hierzu Anfang der 90erJahre mit der Einführung einer Anfahrschaltung begangen, die es erlaubt, auf zusätzliche Maßnahmenzur Rücklauftemperaturanhebung zuverzichten.

Mit der patentierten AnfahrschaltungTherm-Control kann somit auf dieüblicherweise eingesetzten Bei-mischpumpen verzichtet werden. Die damit vereinfachte hydraulischeEinbindung des Heizkessels spartMaterial, Arbeitszeit und reduziertdie Investitionskosten. Im Betrieb fallen keine zusätzlichen Strom-kosten für die Beimischpumpe an.

Anforderungen in der Anfahrphase

Die Anfahrschaltung ermöglicht es,dass das Rücklaufwasser ohne unte-re Temperaturbegrenzung in denHeizkessel einströmen kann. DieserBetriebszustand tritt zum Beispielnach Absenk- oder Abschaltphasenauf. In der Anfahrphase beim Wie-deraufheizen hat der HeizkesselSchwerstarbeit zu leisten. Zum einenmuss eine möglichst große Wärme-menge an das Heizsystem abgege-ben werden, um die Verbraucher mitWärme zu versorgen, andererseitsdarf in dieser Phase kein korrosivesKondensat entstehen. Beiden Anfor-derungen wird mit der Anfahrschal-tung Therm-Control entsprochen(Bild 45).

20 °C 40 °C

V = 100%

ϑ20 °C 60 °C

V = 50%

ϑ

Bild 46: Einfache hydraulische Einbindung mitAnfahrschaltung Therm-Control

Anfahrschaltung Therm-Control

für einfache hydraulische Einbindung

Was passiert:

Zur Erläuterung der Funktionsweiseder Anfahrschaltung Therm-Controlwird eine Anlage mit einem VitoplexHeizkessel mit einem Heizkreis mitMischer betrachtet. Der Verlauf derAnfahrschaltung und der relevantenTemperaturen ist in Bild 47 darge-stellt.

Beim Anfahren der Anlage wird amTherm-Control-Sensor die Therm-Control-Solltemperatur unterschrit-ten. Über die Regelung bekommt derdem Vitoplex Heizkessel nachge-schaltete Mischer die Meldung denVolumenstrom zu drosseln und denBrenner auf Volllast zu fahren (Bild 48: Phase 1 – Anfahrzustand).

Jetzt kommt es zu einem raschenAnstieg der Kessel- und somit auchder am Therm-Control-Sensor gemessenen Temperatur. Wird amTherm-Control-Sensor eine be-stimmte Temperatur überschritten,dann wird der Mischer geöffnet undder Volumenstrom (in diesem Bei-spiel 50%) im Heizkessel stetig erhöht (Bild 48: Phase 2 – Anfahrzu-stand).

Nach einer gewissen Zeit, die unteranderem vom Wasserinhalt der An-lage abhängt, steigt die Temperaturdes von den Wärmeabnehmern kommenden Rücklaufwassers an. Mit steigender Rücklauftemperaturwird der Mischer weiter geöffnet, bisder gesamte Volumenstrom (100%)über die Wärmeabnehmer geleitetwird. Jetzt wird die Kesselwasser-temperatur zur Führungsgröße. Der Brenner übernimmt nun die Leis-tungsanpassung (Bild 48: Phase 3 –Betriebsphase) bis sich die ge-wünschte Temperaturspreizung imVorlauf/Rücklauf (in diesem Beispiel:70/50°C) eingestellt hat.

Bild 47: Funktionsweise der Anfahrschaltung Therm-Control

Therm-Control

Mischer zu

V = 0%

Brenner100%

Therm-Control

Mischer öffnet

V = 50%

Brenner100%

Therm-Control

Mischer inRegelstellung

V = 100%

Brenner passt Leistungstufig odermodulierendan

V = 50% V = 0%

Phase 1 –

Anfahrzustand

Phase 2 –

Anfahrzustand

Phase 3 –

Betriebszustand

Bild 48: Phasen der Anfahrschaltung Therm-Control

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Zeit

Tem

pera

tur

[°C

] /

Mo

du

lati

on

[%

]

1 2 3

Volumenstrom

Brennerleistung

Kesseltemperatur

Therm-Control

Rücklauftemperatur

70°C

50°C

30

31

11.3 Einfache hydraulische Einbin-

dung mit Therm-Control

Heizkessel, für die keine Mindest-Rücklauftemperatur gefordert wird,ermöglichen einfache und damit kostengünstige hydraulische Ein-bindungen ohne zusätzliche Ein-richtungen zur Rücklauftemperatur-anhebung.

Bild 49 zeigt eine typische Heizungs-anlage mit einem in Heizkesselnäheinstallierten Verteiler. Voraussetzungfür den Einsatz der AnfahrschaltungTherm-Control ist, dass der Kessel-wasser-Volumenstrom um 50% ge-drosselt werden kann.

11 Hydraulische Einbindung

Bild 49: Einkesselanlage mit Vitoplex Heizkessel und Therm-Control

Werden die werksseitig fest einge-stellten Temperaturen am Tempe-ratursensor der AnfahrschaltungTherm-Control zum Beispiel währendder Anfahrphase unterschritten, wirktdieser auf die Heizkreisregelung(en)oder auf die Heizkreispumpe(n) undreduziert den Volumenstrom um dengeforderten Wert.

Bei Mehrkesselanlagen kann auchauf die erforderlichen Motordrossel-klappen gewirkt werden.

11.1 Vorteile der Anfahrschaltung

Therm-Control

Mit der Anfahrschaltung Therm-Control werden folgende Ziele er-reicht:

– Betrieb ohne zusätzliche Maß-nahmen zur Rücklauftemperatur-anhebung möglich

– Schwitzwasserbildung währendder Anfahrphase wird vermieden

– Möglichst große Wärmeabgabe an das Heizsystem während derAnfahrphase

– Gleichmäßige Vorlauftemperaturmit geringen Temperaturschwan-kungen

– Die großen Wasserinhalte und dieweiten Wasserwände der VitoplexDreizugkessel stellen eine gleich-mäßige Aufheizung des Kessel-wassers sicher und vermeiden ein"Takten” des Brenners.

Für die einwandfreie Funktion derAnfahrschaltung Therm-Control istdarauf zu achten, dass während derAnfahrphase mindestens 50% desgesamten Kesselwasser-Volumen-stroms gedrosselt werden. Nach Erreichen der Anfahrbedingungenwerden die gedrosselten Heizkreisefreigegeben.

11.2 Einsatzgebiete der Anfahr-

schaltung Therm-Control

– Vitoplex 100 (Typ PX1) von 90 bis 500 kW

– Vitoplex 100 (Typ SX1)80 bis 460 kW

– Vitoplex 300 (Typ TX3) von 80 bis 1750 kW.

Therm-Control

T1

T2

M1~

M1~

Bild 50: Einkesselanlage mit Vitoplex oder Vitomax Heizkessel mit Beimischpumpe zur Rücklauf-temperaturanhebung

Bild 51: Einkesselanlage mit Vitoplex oder Vitomax Heizkessel mit Beimischpumpe und 3-Wege-Mischer zur Rücklauftemperaturanhebung

32

Hydraulische Einbindung

11.4 Rücklauftemperaturanhebung

mit Beimischpumpe

Bei Heizkesseln, bei denen eine Mindest-Rücklauftemperatur ge-fordert wird, muss durch geeignete hydraulische Maßnahmen verhindertwerden, dass diese Temperatur unterschritten wird. Eine einfacheund preisgünstige Maßnahme ist der Einsatz einer Beimischpumpe zur Rücklauftemperaturanhebung.

Diese wird, wie in Bild 50 dargestellt,zwischen Vor- und Rücklauf einge-setzt. Wird die erforderliche Mindest-Rücklauftemperatur unterschritten,dann schaltet der TemperatursensorT2 die Beimischpumpe ein. Wirdtrotz Rücklaufanhebung die Mindest-Rücklauftemperatur nicht erreicht, istüber den Temperatursensor T1 derKesselwasser-Volumenstrom ummindestens 50% zu drosseln.

Die Beimischpumpe ist auf ca. 30%der Gesamtdurchflussmenge desHeizkessels auszulegen. Vorteilhaftist beim Einsatz der Vitotronic Rege-lungen die Möglichkeit, anstelle derbisher üblichen Thermostate jetztTemperatursensoren einzusetzen.

11.5 Rücklauftemperaturanhebung

mit Beimischpumpe und 3-Wege-

Mischventil

Die in Bild 51 dargestellte hydrauli-sche Einbindung wird zum Beispielbei Heizungsanlagen gewählt, bei denen auf die nachgeschalteten Heizkreise nicht eingewirkt werdenkann, zum Beispiel ältere Heizungs-anlagen oder Gärtnereien.

Wird die erforderliche Mindest-Rück-lauftemperatur unterschritten, dannschaltet der Temperatursensor T2 dieBeimischpumpe ein. Sollte dadurchdie geforderte Mindest-Rücklauftem-peratur nicht erreicht werden, dannwird über den Temperatursensor T1der 3-Wege-Mischer proportional zugefahren und die Mindest-Rück-lauftemperatur sichergestellt. DieHeizkessel sind unabhängig von dennachgeschalteten Heizkreisen vor zu niedrigen Rücklauftemperaturengeschützt.

T1

T2

M1~

M1~

M1~

33

Hydraulische Einbindung

T1 T1

M1~

M1~

M1~

M1~

M1~

Bild 52: Mehrkesselanlage mit Vitoplex- oder Vitomax-Heizkesseln mit hydraulischer Weiche und 3-Wege-Mischventil zur Rücklauftemperaturanhebung

Bild 53: Niedertemperatur-Öl-/Gas-HeizkesselVitoplex 100 – 575 bis 1750 kW

11.6 Mehrkessel-Anlage mit

hydraulischer Weiche und 3-Wege-

Mischventil zur Rücklauftempe-

raturanhebung

Bevorzugtes Anwendungsgebiet dieser hydraulisch aufwändigen Einbindung sind zum Beispiel ältere Anlagen oder Anlagen in Gärtnereiensowie Anlagen, bei denen die hy-draulischen Gegebenheiten nicht eindeutig bestimmt werden könnenund/oder Anlagen, bei denen nichtauf die nachgeschalteten Heizkreiseeingewirkt werden kann. Wird die erforderliche Mindest-Rücklauftem-peratur unterschritten, dann wirdüber den Temperatursensor T1 das 3-Wege-Mischventil an den Heiz-kesseln proportional zugefahren und somit der Kesselschutz sicher-gestellt. Die Vorlauftemperatur wirddurch den Temperatursensor in derhydraulischen Weiche geregelt (Bild 52).

Vorteile bei dieser Einbindung sind:

– Heizkessel und nachfolgende Heiz-kreise sind hydraulisch entkoppelt

– Proportionale Rücklauftemperatur-anhebung zum Kesselschutz

– Die Heizkessel sind unabhängigvon nachgeschalteten Heizkreisenvor zu niedrigen Rücklauftempe-raturen geschützt.

34

Hydraulische Einbindung

11.7 Mehrkesselanlage – Heizkessel

mit Therm-Control

Angewendet werden kann das Hydraulikschema (Bild 54) bei Heizungsanlagen mit in Heizkes-selnähe installiertem Verteiler. DerVolumenstrom des Kesselwasserswird über die Motordrosselklappegedrosselt.

Bild 54: Mehrkesselanlage – Heizkessel mit Therm-Control

Funktionsbescheibung

Werden die werkseitig fest eingestellten Temperaturen am Tempe-ratursensor der Therm-Control unterschritten, wirkt dieser auf dieMotordrosselklappen oder auf dieHeizkreisregelung(en). In der Anfahr-phase (z. B. bei Inbetriebnahme oder nach Nacht- bzw. Wochen-endabschaltung) wird der Kessel-wasser-Volumenstrom proportionalgedrosselt.

Bei Verwendung der Vitotronic 333(Typ MW1) oder Regelung der Heizkreise über die an der Kessel-kreisregelung angeschlossene Vitotronic 050 sollte die Volumen-stromdrosselung über die Heizkreis-mischer erfolgen. Weitere bauseitigeSchutzfunktionen sind nicht erforder-lich. Es muss keine Mindest-Rück-lauftemperatur eingehalten werden.Eine Beimischpumpe zur Rücklauf-temperaturanhebung und/oder eineKesselkreispumpe oder kosteninten-sives Mischventil zur Rücklauftempe-raturanhebung sind nicht erforder-lich.

35

11.8 Empfehlungen zur hydraulischen

Einbindung

Die genannten Beispiele sind nur einige von vielen möglichen Einbin-dungen. Wenn nicht Anlagenbedin-gungen die zwingende Anwendungeiner bestimmten hydraulischen Einbindung vorschreiben, sollten bei der Wahl der hydraulischen Ein-bindung u. a. die Investitions- undBetriebskosten betrachtet werden.

Minimale Investitionskosten ent-stehen beim Einsatz der Anfahr-schaltung Therm-Control. Hier sindlediglich elektrische Verbindungenzur erforderlichen Drosselung des Volumenstroms herzustellen.

Wenn Maßnahmen zur Rücklauftem-peraturanhebung erforderlich sind,führen diese zu unterschiedlich hohen Investitions- und Betriebs-kosten. Niedrige Investitionskostenverursachen Beimischpumpen,während hydraulische Weichen mit 3-Wege-Ventilen und Kesselkreis-pumpen zu höheren Investitions- und Betriebskosten führen.

Zu beachten sind auch die Strom-kosten, die durch Beimisch- oder Kesselkreispumpen entstehen.

Bild 55: Rücklauftemperaturanhebung bei Vitomax Heizkesseln

Bild 56: Vitomax 300 – Niedertemperatur-Öl-/Gas-Heizkessel, Nenn-Wärmeleistung: 1860 bis 5900 kW

Hydraulische Einbindung

12 Planungshinweise Brennwert-

technik

36

Gas-Brennwertkessel Vitocrossal 300von 87 bis 978 kW sind mit zweiRücklaufstutzen ausgestattet. Durchdie Aufteilung der Heizkreisrückläufein Hochtemperatur- und Niedertem-peratur-Kreise ist eine optimaleBrennwertnutzung möglich. Um dennutzungsgradsteigernden Effekt zuerreichen, sollten mindestens 15%des Gesamt-Volumenstroms überden NT-Rücklauf (KR1) geführt wer-den. Der Vitocrossal 300 ist jedoch so konstruiert, dass eine betriebs-sichere Funktion auch dann gewähr-leistet ist, wenn der Volumenstromim Niedertemperaturkreis auf 0 ab-sinkt.

Ein wesentlicher Anteil der hohenEnergieausnutzung von Brennwert-kesseln resultiert aus der Nutzungder Kondensationswärme. Je niedri-ger die Rücklauftemperaturen sind,um so höher die Kondensation derHeizgase und damit die Energie-ausnutzung. Bei der Planung undAusführung von Brennwertanlagenkommt es deshalb darauf an, dieRücklauftemperaturen nicht unnötigzu erhöhen.

Hydraulische Einbindung von

Brennwertkesseln

Die Brennwertkessel Vitocrossal 300sind brennwertgerecht konstruiert.Durch die großen Wasserinhalte so-wie gute Eigenzirkulation benötigensie weder Mindest-Umlaufwasser-mengen noch Pufferspeicher. Die Einbindung in bestehende Heizungsanlagen ist ebenso wie inNeuanlagen gleichermaßen einfach. Wechselnde Strömungsverhältnissein der Heizungsanlage, verursachtzum Beispiel durch Thermostat-ventile oder Regeleinrichtungen sind kein Problem.

Brennwertgerechte Systemeinbin-

dung

Bild 57 zeigt die brennwertgerechteSystemeinbindung von Brennwert-kesseln, die eine effiziente Brenn-wertnutzung ermöglicht.

Bei mehreren Heizkreisen mit sehrunterschiedlichen Heizsystemtempe-raturen und nur einem Rücklauf-stutzen am Brennwertkessel müssenzwangsläufig die Heizkreisrückläufezusammengeführt werden. Hier wirdvor allem durch Heizkreise mit höhe-rer Systemtemperatur die Rücklauf-temperatur angehoben und somit dieKondensation des Wasserdampfesreduziert oder sogar verhindert.

M1~

M1~

KR2

KR1

Bild 57: Hydraulische Einbindung von Brennwertkesseln – die Nutzung eines NT-Heizkreises erhöhtden Brennwerteffekt

37

Weiterhin sollten folgende Punkte

beachtet werden:

– Der Einsatz von hydraulischen Entkopplern kann zu einer Ver-mischung des Rücklaufwassersim Entkoppler und damit zu einerTemperaturerhöhung führen, diedie Brennwertnutzung beeinträch-tigt. Auf den Einsatz von hydrau-lischen Entkopplern sollte deshalbbei der Brennwertnutzung mög-lichst verzichtet werden. Wenn hydraulische Entkoppler anlagen-bedingt erforderlich sind, so kanndurch eine optimale Abstimmungder Volumenströme und der Aus-führung des hydraulischen Ent-kopplers eine unerwünschte Rück-lauftemperaturanhebung weitest-gehend vermieden werden. Auchmit drehzahlgeregelten Kessel-kreispumpen, die durch die Tem-peraturdifferenz zwischen Ein- und Austritt der Rückläufe an derhydraulischen Weiche gesteuertwerden, kann die Rücklauftempe-raturanhebung minimiert werden.

– Keine 4-Wege-Mischer einsetzen.3-Wege-Mischer/-Mischventileführen das Rücklaufwasser ausden Heizkreisen direkt, ohne Tem-peraturanhebung, dem Brennwert-kessel zu.

– Heizkörperventile in 2-Wege-Ausführung einsetzen.

– Überströmventile oder Bypass-einrichtung vermeiden

– Speicher-Ladepumpe so dimen-sionieren, dass eine maximaleAuskühlung des Heizungswassersim Speicher gegeben ist.

– Vorteilhaft sind auch Speicher-Ladesysteme (Bild 58), diewährend des gesamten Lade-vorgangs eine konstant niedrige Rücklauftemperatur sicherstellen.

Bild 58: Energiesparende Trinkwassererwärmung mit Brennwertkessel Vitocrossal 300 und Speicher-Ladesystem Vitotrans 222

Bild 59: Vitocell-L 100 Ladespeicher, 750 oder 1000 Liter Inhalt, bildet mit dem Wärmetauscher-Set Vitotrans 222 und z. B. einem Gas-Brennwertkessel Vitocrossal 300 einSpeicherladesystem zur Trinkwassererwärmung

Bild 60: Vitotrans 222 – Wärmetauscher-Set zur Trinkwassererwärmung im Speicher-Ladesystem

M

Heizkessel

Warmwasser

Speicher-temperatur-sensor

Speicher-temperatur-sensor

Vitocell-L

Vitotrans 222Kaltwasser

Planungshinweise Brennwerttechnik

13 Auswahlhilfe

38

Welche "Lebensdauer” haben

Heizkessel?

Hinsichtlich der Nutzungs- bzw. Lebensdauer gibt es keine signifi-kanten Unterschiede zwischen den Kesselbauarten Niedertemperatur-und Brennwertkessel bzw. den Werk-stoffen Stahl, Guss und Edelstahl.

Die VDI 2067 geht bei Wirtschaftlich-keitsberechnungen für alle Kessel-bauarten und Werkstoffe von einerNutzungsdauer von 20 Jahren aus.Die tatsächliche Nutzungsdauer derKessel liegt, wie ein Blick in die Altersstruktur der Kesselanlagengemäß der Schornsteinfegerstatistikzeigt, häufig deutlich höher.

Niedertemperatur- oder

Brennwerttechnik?

Die Brennwertnutzung ermöglicht eine deutlich höhere Energieaus-nutzung als dies mit Niedertempe-raturkesseln möglich ist. Brennwert-nutzung ist mit Brennwertkesselnoder mit nachgeschalteten Abgas-/Wasser-Wärmetauschern möglich.

Die Vitotrans 333 Abgas-/Wasser-Wärmetauscher für Heizkessel von80 bis 6600 kW zur Gas-Brennwert-nutzung ermöglichen auch den Einsatz von Gas-/Öl-Kombibrennern.Zur reinen Öl-Brennwertnutzung stehen die Wärmetauscher aus demWerkstoff 1.4539 zur Verfügung.

Aufgrund des hohen Energieeinspar-potenzials und der vergleichsweisekurzen Amortisationszeiten im mittleren und großen Leistungsbe-reich sollte sowohl bei Neuanlagenals auch bei der Modernisierung vonvorhandenen Heizungsanlagen vor-zugsweise die energiesparendeBrennwerttechnik eingesetzt werden.

Stahl oder Guss?

In vielen Gebäuden können aufgrundenger Kellertreppen und/oder schmaler Türen keine Heizkessel "am Stück” eingebracht werden. Hier bieten Gusskessel große Vor-teile mit der Möglichkeit, die Guss-Segmente einzeln in den Aufstell-raum zu transportieren.

Stahl-Heizkessel bieten Vorteile bei der Gestaltung der Brennräume,die leistungsbezogen hinsichtlichLänge und Durchmesser optimiertwerden können und somit Auswahlund Anpassung der Brenner ver-einfachen. Der große Wasserinhalt verbessert die Regelfähigkeit und reduziert die Brennerstarts.

Teilbarkeit ist auch bei Stahl-Heiz-kesseln möglich. Im Leistungsbe-reich von 895 bis 1750 kW steht mitdem Vitoplex 300 Typ TZ3 eine zer-legbare Ausführung zur Verfügung,bei der Unter- und Oberteil getrenntin den Aufstellraum eintransportiertwerden können.

Mit der am Markt verfügbaren Palette von Kesselbauarten ergebensich eine Vielzahl von Ausführungs-varianten und Kombinationsmög-lichkeiten bei Planung und Aus-führung von Heizungsanlagen. Viele Anlagen erfordern individuelleSystemlösungen.

Wesentliche Kriterien bei der Aus-

wahl des Anlagenkonzeptes sind:

– Energieeinsparung, Umwelt-schonung

– Platzbedarf, Möglichkeiten der Abgasführung

– Investitionskosten, Wirtschaft-lichkeit

– Verfügbarkeit, Betriebssicherheit

– Systemtechnik, abgestimmte Komponenten.

Die individuellen Bedürfnisse und dieverschiedenen Optimierungskriterienzeigen, dass es kein Patentrezept fürdie ideale Anlagenkonstellation gibt.

In den nachfolgenden Abschnittenwerden jedoch Entscheidungshilfenauf häufig gestellte Fragen gegeben.

Bild 61: Vitorond 200 – Niedertemperatur-Öl-/Gas-Heizkessel in Guss-Segmentbauweise, für einfache Einbringung und Montage

39

Wichtig in diesem Zusammenhang:Die hydraulische Einbindung derSpeicher-Wassererwärmer. Um nicht im Sommer den gesamten Verteiler zu durchströmen und zu erwärmen, sollten die Leitungen zuden Speicher-Wassererwärmern vor dem Verteiler am Hauptvorlaufangeschlossen werden.

Bild 62: Zwei-Kessel-Anlage mit Regelungen, Unit Gebläsebrenner und Heizkreis-Verteilung Divicon

Auswahlhilfe

Wirkungsgrad von z. B. 91%. Im Vergleich dazu wird der große Heiz-kessel den Wärmebedarf für dieTrinkwassererwärmung mit der Teil-laststufe und dem aufgrund der nie-drigeren Abgastemperatur höherenWirkungsgrad von z. B. 94% liefern.

Ein weiterer Punkt bei der Frage"Sommerkessel ja-nein” ist derMehraufwand für die Installation.

Bei einer Anlage mit einem Wärme-bedarf von z. B. über 2 MW und einerNachheizleistung für die Speichervon unter 100 kW ist die Frage nachdem Sommerkessel sicherlich anderszu beurteilen. In diesen Fällen kannes sinnvoll sein, einen separatenKessel aufzustellen und die sehr gro-ßen Kessel im Sommer außer Betrieb zu nehmen.

Ein- oder Mehrkesselanlage?

Nach wie vor ist vereinzelt die Meinung zu hören, dass mit der Aufteilung des Wärmebedarfs auf mehrere Wärmeerzeuger dieEnergieausnutzung bzw. der Nut-zungsgrad verbessert werden kann. Hierbei ist zu beachten, dass sich mit der Verdoppelung oder Verdrei-fachung der Kesselanzahl auch diewärmeabgebenden Oberflächen unddamit die Oberflächenverluste er-höhen.

Viele Beispielrechnungen zeigen,dass sich die Unterschiede im Nutzungsgrad bei Ein- und Zwei-Kessel-Anlagen im Bereich "hinterdem Komma” abspielen. Das wesentliche Argument für eine Zwei-Kessel-Anlage ist die Verfüg-barkeit bzw. die Betriebssicherheit,um bei Störung oder Wartung einesWärmeerzeugers die Wärmever-sorgung mit dem zweiten Heizkesselsicherstellen zu können.

Bei Großanlagen oder speziellen Einsatzgebieten, z. B. in der Industrie,können spezifische Lastverläufe, diedeutlich von denen der Wohnungs-beheizung abweichen, ebenfalls die Aufteilung auf zwei oder mehrWärmeerzeuger erfordern.

Ist ein zusätzlicher "Sommerkessel”

erforderlich?

Als Argument für den "Sommerkessel” wird z. B. genannt, dass esdoch nicht sinnvoll sein kann, einengroßen Heizkessel, der für die Hei-zung ausgelegt ist, im Sommer nurfür die Trinkwassererwärmung zu betreiben und einen taktenden Betrieb in Kauf zu nehmen.

Für die überwiegende Zahl der Anlagen ist es nicht sinnvoll, einen zusätzlichen Heizkessel ausschließ-lich zur Trinkwassererwärmung imSommer aufzustellen. Allein der Ver-gleich der Wirkungsgrade zeigt, dasssich ein separater Sommerkesselnicht lohnt. Der Sommerkessel miteiner dem Warmwasser-Wärmebe-darf angepassten Leistung wird mitVolllast betrieben und erreicht einen

40

Bild 63: Vitocrossal 300 – Gas-Brennwertkesselmit Inox-Crossal-Heizflächen aus EdelstahlRostfrei, Nenn-Wärmeleistung: 720 und 895 kW

Bei Brennwertanlagen werden häufigals Grundlastkessel ein Brennwert-kessel und als Spitzenlastkessel einNiedertemperatur-Heizkessel einge-setzt, um die Investitionskosten zureduzieren.

Der Einsatz von zwei Brennwertkes-seln führt zu einer höheren Energie-ausnutzung und ermöglicht es, dieKesselfolge regelmäßig zu tauschen.Auch bei Brennwertanlagen ist dieWahl zweier gleich großer Kesselsinnvoll.

Fallweise kann es natürlich auch erforderlich sein, von dieser Regelabzuweichen und, z. B. bei speziellenLastverläufen, andere Kesselauf-teilungen zu wählen.

Betriebsweise Brenner –

zweistufig oder modulierend?

Stand der Technik ist es, Heizungs-anlagen mit mehr als 70 kW z. B. mitmehrstufigen oder stufenlos verstell-baren Brennern auszurüsten. Üblichsind zweistufige oder modulierendeBrenner. Folgende Aspekte könnenbei der Frage, den bzw. die Brenner

Welche Aufteilung der Kesselleis-

tungen bei Mehrkesselanlagen ist

sinnvoll?

Praxis ist heute der Einsatz von zweiHeizkesseln gleicher Leistung. Diefrüher praktizierte Aufteilung auf 1/3 – 2/3 stammt aus der Zeit, als weniger gut regelbare Heizkessel, die mit konstant hoher Temperaturbetrieben werden mussten, einge-setzt wurden.

Diese Aufteilung bringt bei den heuteeingesetzten Niedertemperatur- und Brennwertkesseln in der Regelkeine Vorteile. Für zwei Kessel gleichgroßer Leistung sprechen folgendeGründe:

– Optimale hydraulische Bedingun-gen durch gleiche wasserseitigeWiderstände

– Ausreichende Leistung eines Kessels, wenn der andere Kessel z. B. durch eine Wartung oderStörung kurzzeitig nicht verfügbarsein sollte

– Vereinfachte Wartung durch gleiche Komponenten.

Auswahlhilfe

stufig oder modulierend zu betrei-ben, als Entscheidungshilfe heran-gezogen werden:

– Modulierende Brenner führen zulängeren Brennerlaufzeiten und reduzieren die Takthäufigkeit.

– Modulierende Brenner ermög-lichen niedrigere Abgastempe-raturen, erfordern aber bei NT-Kesseln häufig höhere Kessel-wassertemperaturen. Somit ergibtsich kein nennenswerter Vorteilbeim Brennstoffverbrauch.

– Zu beachten ist auch die Strom-aufnahme des Brenners. Bei einerEin-Kesselanlage erreicht ein zwei-stufiger Brenner in der Vollast ca. 240 h/a, in der Teillaststufe(60% der Nennleistung) ca. 2300 h/a. Ein modulierender Brenner mit einer Minimallast von 30% derNennleistung kommt auf ca. 3500 h/a. Wird der modulierendeBrenner mit einem nicht drehzahl-geregeltem Gebläse betrieben, ergeben sich deutlich höhereStromkosten gegenüber dem zweistufigen Brenner.

41

14 Planungshinweise

Kesselzuschlag ZK für die Trink-

wassererwärmung

Laut DIN 4708-2 bzw. VDI 3815 ist die Nenn-Wärmeleistung eines Heiz-kessels um den Kesselzuschlag ZKfür die Trinkwassererwärmung zu erhöhen (Tabelle 8).

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0

Auslastung des Heizkessel [%]

Teilla

st-

Nu

tzu

ng

sg

rad

[%

]

Mehrnutzen

Niedertemperatur-Heizkessel

Mehrnutzen

Gas-Brennwertkessel

Nutzen

Konstanttemperatur-Heizkessel,

Baujahr 1975

Bild 64: Nutzungsgradverlauf alter und neuer Heizkessel

Bedarfkennzahl KesselzuschlagN ZK [kW]

1 3,12 4,73 6,24 7,75 8,96 10,27 11,48 12,69 13,8

10 15,112 17,314 19,516 21,718 23,920 26,122 28,224 30,426 32,428 34,630 36,640 46,750 56,760 66,680 85,9

100 104,9120 124,0150 152,0200 198,4240 235,2300 290,0

Tabelle 8: Kesselzuschlag in Abhängigkeit der Bedarfskennzahl

Bedarfszahl N ist die Anzahl der zu versorgen-den Einheitswohnungen (3 bis 4 Personen, 1 Bad mit Badewanne NB1 nach DIN 4708)

14.1 Auswahl der Nenn-Wärme-

leistung

Alte Heizkessel oder Standard-Heiz-kessel, die mit konstanter Kessel-wassertemperatur betrieben werden,erreichen bei Vollast (Auslastung =100%) den höchsten Wirkungsgrad.Bei geringer Auslastung – der Jah-resdurchschnitt liegt bei ca. 30% –fällt der Nutzungsgrad ab.

Moderne Niedertemperatur- undBrennwertkessel zeigen im Gegen-satz dazu einen völlig anderen Nutzungsgradverlauf. Sie werden mit gleitend abgesenkter Kesselwas-sertemperatur betrieben, die jeweilsdem aktuellen Bedarf des Gebäudesangepasst wird. Durch sehr niedrigeOberflächenverluste und niedrigereAbgasverluste steigt der Nutzungs-grad bei geringeren Auslastungenan. Besonders ausgeprägt ist dieserVerlauf bei Brennwertkesseln, be-dingt durch die verstärkt eintretendeKondensation der Heizgase (Bild 64).

Die Energieeinspar-Verordnung gestattet es aufgrund der energie-sparenden Eigenschaften von Niedertemperatur- und Brennwert-kesseln, dass die Leistung der Kesselgrößer gewählt werden kann als dieHeizlast des Gebäudes.

Sicherlich sollte die Heizlast derMaßstab für die Bemessung der Kesselleistung sein – allein schondeshalb, um die Investitionskostenzu minimieren. Gegebenenfalls erforderliche Leistungsreserven, z. B. durch geplante Erweiterungen,sind einzurechnen.

Wichtig ist, dass eine "Überdimen-sionierung”, also die Wahl einer Kesselleistung die über der Heizlastdes Gebäudes liegt, die hohe Energieausnutzung von modernenNT- und Brennwertkesseln nicht beeinträchtigt.

42

A

Planungshinweise

Abweichend von den Anforderungenan den Aufstellraum dürfen Feuer-stätten auch in anderen Räumen aufgestellt werden, wenn zum Bei-spiel diese Räume in freistehendenGebäuden liegen, die allein dem Betrieb einer Feuerstätte sowie derBrennstofflagerung dienen.

Wichtig für eine sichere und saubereVerbrennung ist eine ausreichendeVersorgung mit Verbrennungsluft.

Für raumluftabhängige Feuerstättenmit einer Gesamt-Nenn-Wärmeleis-tung von mehr als 50 kW gilt die Verbrennungsluftversorgung alsnachgewiesen, wenn der Querschnitt der ins Freie führenden Öffnung mindestens 150 cm2 und für jedesüber 50 kW Wärmeleistung hinaus-gehende kW Nenn-Wärmeleistung 2 cm2 mehr beträgt. Der erforderlicheQuerschnitt darf auf höchstens zweiÖffnungen oder Leitungen aufgeteiltsein.

14.2 Aufstellraum

Die in dieser Fachreihe behandeltenProdukte werden in Räumen aufge-stellt, die man Aufstellräume nennt.Bei dem noch häufig verwendetenBegriff "Heizraum” handelt es sichum einen Raum für Feuerstätten fürfeste Brennstoffe mit einer gesamtenWärmeleistung von mehr als 50 kW.

Hinsichtlich der Anforderungen sinddie jeweiligen Landesbauordnungenund Feuerungsverordnungen dereinzelnen Bundesländer maßgebend,die sich im Wesentlichen an der Muster-Feuerungsverordnung orientieren.

Feuerstätten für flüssige und gas-förmige Brennstoffe mit einer Ge-samt-Nennleistung von mehr als 50 kW dürfen nur in Räumen aufge-stellt werden,

– die nicht anderweitig genutzt werden, ausgenommen zur Auf-stellung von Wärmepumpen, Blok-kheizkraftwerken und ortsfestenVerbrennungsmotoren sowie zurLagerung von Brennstoffen

– die gegenüber anderen Räumenkeine Öffnungen, ausgenommenÖffnungen für Türen haben

– deren Türen dicht und selbst-schließend sind

– die gelüftet werden können

– die durch einen außerhalb des Aufstellraumes angeordnetenHauptchalter (Notschalter) jeder-zeit abgeschaltet werden können

– wenn die Brennstoffleitungen fürGas mit einem thermischen Sicher-heitsabsperrventil ausgerüstetsind.

Bild 66: Aufstellraumanforderung

Beispiel:

1 Heizkessel mit 460 kWQN = 460 kW

cm2

A = 150 cm2 + 2 –––- · (460 kW – 50 kW)kW

= 970 cm2

cm2

A = 150 cm2 + 2 –––– · (∑ QN – 50 kW) kW

·

·

Bild 65: Anlieferung bzw. Eintransport mit Viessmann Kranwagen

43

Bild 67: Begehbare Kesselabdeckung – im Lieferumfang der Vitoplex Heizkessel ab 575 kW und derVitomax Kessel

Bild 68: Vitomax 300 mit Bühne und Leiter

Planungshinweise

14.3 Kompakte Abmessungen,

hilfreich bei der Modernisierung

Der überwiegende Teil der Mittel-und Großkessel geht in die Moderni-sierung. Durch die Anordnung derKonvektionsheizflächen ausschließ-lich über dem Brennraum sind die Vitoplex Heizkessel sehr schmal. So hat der Kesselkörper des Vitoplexmit 105 kW Wärmeleistung eine Breite von nur 577 mm. Mit einemEinbringmaß von 749 mm passtselbst der 285 kW-Heizkessel durcheine Standard-Tür von 80 cm Breite.

Vorteilhaft sind besonders bei dengrößeren Leistungen die niedrigenHöhen. Das vereinfacht die Aufstel-lung und die Montage der Rohrlei-tungen in niedrigen Aufstellräumen.

Heizkessel und Abgas-/Wasser-Wärmetauscher haben eine aus-reichende Anzahl Ösen, an denendas Hebezeug angehängt werdenkann. Die längslaufenden Fußschie-nen vereinfachen die Einbringung.Bei sehr beengten Eintransportbe-dingungen stehen der Vitorond 200als Guss-Heizkessel in Einzelseg-menten sowie ab 895 bis 1750 kWder Vitoplex 300 Typ TZ 3 in geteilterAusführung zur Verfügung.

Vorteilhaft für die Montagearbeitenim Aufstellraum ist die begehbareKesselabdeckung, die bei den Vitoplex Heizkesseln ab 575 kW und bei allen Vitomax-Kesseln imLieferumfang enthalten ist. Dadurchwerden die Montagearbeiten verein-facht, die Wärmedämmung wird vor Beschädigung geschützt. Auchspätere Inspektions- und Wartungs-arbeiten sind einfacher durchzu-führen.

Auf Wunsch können speziell für dieVitomax Kessel auftragsbezogen gefertigte Kesselbühnen und Leiterngeliefert werden (Bild 68).

44

Planungshinweise

Bild 69: DIN EN 12828 – Schutz gegen Überschreitung der maximalen Betriebstemperatur

Tem

pera

tur

[°C

] 105

3

10 K

1

2

Zeit [h]

Typischer Temperaturverlauf im Heizungssystem

bei einer Fehlersituation

Legende

1 Maximale Betriebs-temperatur

2 Aktivierung desSTB

3 Zeitpunkt derVerriegelung

14.4 Planung von Warmwasser-

Heizungsanlagen nach DIN EN 12828

Die DIN EN 12828 löste zum01.04.2004 mehrere Normen und Teile von Normen im Heizungsbe-reich z. B. die DIN 4751 ab. Sie sollals allgemeine Planungsgrundlagefür Zentralheizungen mit Wasser alsWärmeträger bis zu einer maximalenBetriebstemperatur von 105°C undeiner maximalen Leistung von 1 MWdienen. Aus deutschen Normen sind uns detaillierte Festlegungenbekannt, während die neuen EN-Normen grundsätzlich Funktions-und Schutzzielanforderungen vor-geben. Es wurde besonders daraufgeachtet, dass technische Neu- undWeiterentwicklungen nicht behindertwerden. Die neue Norm enthält all-gemeine Angaben für die Auslegungder Wärmeerzeuger und -verteilung sowie des Wärmeabgabesystems.Die Auslegungsheizlast ist z. B. nachDIN EN 12831 zu berechnen.

Es wird empfohlen, vor Planungs-beginn ein Anforderungsprofil in Abstimmung mit dem Auftraggeberzu erstellen, das die wesentlichen Informationen für die Auslegung der Heizungsanlage enthält. Dazuzählen beispielsweise:

– Methode der Heizlastberechnung– Normtemperaturen (innen und

außen)– thermische Eigenschaften des

Gebäudes für die Berechnung derHeizlast

– Erfordernis einer zusätzlichen Auf-heizleistung nach DIN EN 12831

– Art der Energieversorgung– Art und Anordnung des Wärme-

erzeugers sowie der Heizflächen– falls erforderlich, Bauart, Anord-

nung, Größe, Konstruktion undEignung von Schornsteinen

– Verlauf und Verlegeverfahren derRohrleitungen

– Maßnahmen zur Behandlung desHeizungswassers

– relevante zu beachtende Vor-schriften

– Festlegung der Verantwortungs-bereiche zwischen Planer und Installateur.

14.4.1 Betriebstemperatur

Die grafische Darstellung in der DIN EN 12828 „Schutz gegen Über-schreiten der maximalen Betriebs-temperatur“ (Bild 69) suggeriert,dass eine Vorlauftemperatur von105°C möglich ist. Dem ist nicht so.Zwischen durchschnittlicher Be-triebstemperatur und Abschaltpunktdes Sicherheitstemperaturbegren-zers liegt eine Differenz von etwa 15 K. Ursache dafür sind Nachheiz-effekte des Wärmeerzeugers, Schalt-differerenzen und Schalttoleranzender Temperaturregler und Sicher-heitstemperaturbegrenzer. Das be-deutet, der STB dürfte erst bei 120°Cdie Anlage abschalten und verrie-geln, wenn 105°C Vorlauftemperaturunter allen Betriebsbedingungen er-reicht werden soll. Damit wird dieAnlage aber überwachungsbedürftignach Betriebssicherheitsverordnungund muss CE-Kennzeichen nach EU-Druckgeräterichtlinie tragen.

Die sicherheitstechnische Ausrü-stung muss dann nach DIN EN 12953 erfolgen.

Die DIN EN 12828 kann nur ange-wendet werden, wenn der Schalt-punkt des STB nicht über 110°C liegt.

Damit ist eine tatsächliche Vorlauf-temperatur von etwa 95°C und beiEinsatz besonders ausgesuchtenTemperaturreglern und -begrenzernum 100 bis 102°C erreichbar.

Werden solche Vorlauftemperaturenbenötigt, dann sollte die Ausführungmit Viessmann abgestimmt werden.

14.4.2 Sicherheitstechnische Aus-

rüstung nach DIN EN 12828

Die in der Norm angegebenen An-forderungen sind Mindestanforde-rungen. Heizungsanlagen müssenmit sicherheitstechnischen Einrich-tungen ausgerüstet sein gegen dieÜberschreitung– der maximalen Betriebstemperatur– des maximalen Betriebsdrucks

Forderungen der neuen und alten

Norm:

– Ausdehnungsgefäß (ADG)– Thermometer (TH)– Manometer (MA)– Temperaturregler (TR)– Sicherheitstemperaturbegrenzer

(STB)– Sicherheitsventil (SIV)

Planungshinweise

45

14.4.3 Sicherheitsventile

Wärmeerzeuger in geschlossenenHeizungsanlagen nach DIN EN 12828sind mit mindestens einem Sicher-heitsventil auszurüsten. Werden beigrößeren Anlagen mehrere Sicher-heitsventile vorgesehen, dann mussdas kleinste Ventil 40% der gesamtenAblasleistung übernehmen können.Die in der DIN EN 12828 zitierte Produktnorm prEN 1268-1 ist nichtmehr relevant. Sie wird durch dieDIN EN ISO 4126 abgelöst.

Obwohl diese ISO-Norm für Indu-strieheizungsanlagen gilt, ist das darin beschriebene Verfahren zur Berechnung bzw. Auslegung von Sicherheitsventilen im Bereich unter110°C erstellt worden.

Die Auslegung des oder der Sicher-heitsventile für das Medium Dampfoder für Wasser hat damit der Planerzu entscheiden. Er bestimmt dies anHand der Anlagenbetriebstemperaturoder durch Herstellertabellen.

Die Hersteller von Sicherheitsventi-len werden in absehbarer Zeit Aus-legungstabellen für die verschiede-nen Drücke und Medien wie Dampf, Wasser oder Wasser-Glykolgemischezur Verfügung stellen.

14.4.4 Wassermangelsicherung

Die Wassermangelsicherung istgrundsätzlich erforderlich.

Auf die Wassermangelsicherungkann jedoch bei Heizkesseln bis 300 kW unter bestimmten Voraus-setzungen verzichtet werden. So z. B.bei den Vitoplex-Heizkesseln, die mittypgeprüften Temperaturreglern und Sicherheitstemperaturbegrenzernausgerüstet sind.

Durch Prüfungen ist nachgewiesen,dass bei eventuell auftretendemWassermangel eine Abschaltung des Brenners ohne zusätzliche Maß-nahmen erfolgt, bevor eine unzuläs-sig hohe Erwärmung des Heizkesselsund der Abgasanlage eintritt.

Bild 70: Ausrüstungsteile für direktbefeuerte Wärmeerzeuger in geschlossenen Heizungsanlagen

1

2MA

AV2SDB1

AV1AV2AV2

E

SL

SDB2

ADG

WB

ESTSIV

AV1

HKP

THTRSTB

AV1

HRHK

HV

HK

E

DIN 4751 – Teil 2 DIN EN 12828

Wasserstandsbegrenzer (WB) > 350 kW > 300 kW– mögliche Ersatzmaßnahme* ≤ 350 kW ≤ 300 kW

Max-Druckbegrenzer (SDB1) > 350 kW > 300 kWund / oder ––––> 3 bar

Min-Druckbegrenzer (SDB2) > 100 °C STB > 100 °C STB

Entspannungstopf (EST) > 350 kW > 300 kW

Entspannungstopf STB < 100 °C ––––Ersatzmaßnahme DB DB(zusätzlich) STB STB

* siehe Kapitel 14.4.4

Tabelle 8: Unterschiede DIN 4751 Teil 2 – DIN EN 12828

14.4.5 Maximaldruckbegrenzung

Die Maximaldruckbegrenzung ist erforderlich, wenn die Nenn-Wärme-leistung des Heizkessels größer 300 kW ist. Bei Mehrkesselanlagenist die Maximaldruckbegrenzung fürjeden Heizkessel notwendig.

Wichtige Komponenten wie gesi-chertes Absperrventil, Entleerungund Manometer sind Bestandteil der Viessmann Maximaldruckbe-grenzungseinrichtung (1). Vorteilhaft ist der zusätzliche Anschluss zum Anbau eines weiteren Sicherheits-druckbegrenzers.

46

Planungshinweise

Bild 71: Maximal- und Minimaldruckbegrenzungseinrichtung

Bild 72: Vitoplex Heizkessel mit Stutzen zum Anbau der Sicherheitseinrichtungen

9591718;SECHSKANTSCHRAUBE M 8X 60;8.8;9319591718;SECHSKANTSCHRAUBE M 8X 60;8.8;931

Kesselrücklauf

Kesselvorlauf

Muffe für Temperatursensor Therm-Control

Muffe für Wasserstandbegrenzer

Muffe für Maximaldruck-

begrenzungseinrichtung

Sicherheitsanschluss

(Sicherheitsventil)

Muffe für zusätzliche Sicherheitseinrichtungen

14.4.6 Minimaldruckbegrenzung

(Fremddrucküberwachung)

Bei Absicherungstemperaturen über100°C (STB-Einstellung über 110°C)ist eine Minimaldruckbegrenzung zuempfehlen. Bei Mehrkesselanlagengenügt eine Minimaldruckbegren-zung pro Anlage. Die Viessmann Minimaldruckbegrenzungseinrichtungbesteht aus Druckbegrenzer und ge-sichertem Absperrventil (Bild 71).

14.4.7 Entspannungstopf

Der Entspannungstopf ist bei Heiz-kesseln > 300 kW und STB-Einstel-lung 110°C vorgeschrieben. Der Entspannungstopf wird in dieAusblaseleitung hinter das Sicher-heitsventil eingebaut. Er enthält einen Abgang nach oben und einennach unten. Oben wird eine Aus-blaseleitung für Dampf ins Freie verlegt. Unten wird eine Ablauf-leitung in einen Abfluss geführt. Die Austritte müssen so münden,dass durch austretenden Dampfund/oder Wasser niemand gefährdetwird. Auf den Entspannungstopf unddamit auf die Ausblaseleitung insFreie kann verzichtet werden, wennein zweiter Sicherheitstemperatur-begrenzer und ein zweiter Maximal-druckbegrenzer eingebaut wird.

Befinden sich die meisten Heizkörperunterhalb des Wärmeerzeugers z. B.in Dachheizzentralen, dann benötigtjeder Wärmeerzeuger eine Wasser-mangelsicherung oder eine anderegeeignete Schutzvorrichtung.

Wärmeerzeuger mit nicht schnell regelbarer Feuerung, z. B. Festbrenn-stoffkessel, müssen mit besonderenTemperaturbegrenzern für Notküh-lung ausgerüstet werden, z. B. thermische Ablaufsicherungen oder Sicherheits-Wärmetauscher. Alle Festbrennstoffkessel – ob auto-matisch oder manuell befeuert (z. B.Kohle-, Pellets- und Holzscheitkessel)müssen mit einem Heizkreis ver-sehen sein, der nicht absperrbar seindarf oder bei Übertemperatur auto-matisch öffnet.

Weitere allgemeine Hinweise

Zusätzliche sicherheitstechnische Anforderungen bei Anlagen über 1 MW Leistung, die gemäß Anwen-dungsbereich dieser Norm eventuellzutreffen können, sind wohl kaum erforderlich.

Rohrleitungen, Verteilungen, Um-wälzpumpen, Wärmedämmung undRegelung sind unter wirtschaftlichen

und energiesparenden Gesichts-punkten zu planen. GrundsätzlicheAnforderungen dazu sind in Deutsch-land in der EnEV geregelt.

Die Planer und Heizungsfachfirmenbekommen durch diese Norm größe-re Freiheiten eigene Lösungswege zusuchen. Sie bekommen damit auchgrößere Verantwortung für das vonihnen Geschaffene.

47

15 Druckgeräte-Richtlinie

0,5

1

3

10

100

1000

2532

0,1 1 26,25

10 100 400 1000 10 000 V [Liter]

PS = 32

PS[bar]

IVIIIIII

PS · V

= 3000

PS · V

= 200

PS · V

= 50

V =

10

00

PS = 0,5

Art

ikel

3, A

bsa

tz 3

– dem Produkt aus Betriebsüber-druck und Behälterinhalt (dem sogenannten Druck-Liter-Produkt)

– der Temperatur (Auslegungs- bzw.Absicherungstemperatur).

Die Druckgeräte werden vor dem Inverkehrbringen einem Bewertungs-verfahren unterzogen und erhalteneine CE-Kennzeichnung (EG-Bau-musterprüfung), die bei serienge-fertigten Heizkesseln die bisherigeBauartzulassung ersetzt.

Hochdruckdampf-/-Heißwasser-erzeuger werden üblicherweise auftragsbezogen gefertigt, einzelnabgenommen und CE-gekennzeich-net (EG-Einzelprüfung).

Die Viessmann Mittel- und Groß-kessel, die in den Geltungsbereichder Druckgeräte-Richtlinie fallen, haben die CE-Kennzeichnung er-halten:

– Vitoplex 100 (Typ SX), Vitoplex 300– Vitomax 200, Vitomax 300– Vitorond 200 ab 125 kW.

Bild 73: Konformitätsbewertungsdiagramm Nr. 5 gemäß Druckgeräte-Richtlinie, das unter anderemauch für Heizkessel mit Absicherungstemperaturen von mehr 110°C gilt – die römischen Ziffernkennzeichnen die Kategorien, denen Prüf-Module zugeordnet sind

Eines der wesentlichen technischenRegelwerke für Mittel- und Groß-kessel ist die "Richtlinie 97/23/EG des europäischen Parlamentes unddes Rates vom 29.05.1997 zur An-gleichung der Rechtsvorschriften derMitgliedsstaaten über Druckgeräte” –kurz Druckgeräte-Richtlinie genannt.Sie gilt bereits seit November 1999.Zwingend ist die Anwendung dieserRichtlinie seit Mai 2002 (Bild 73).

Nationale Vorschriften, wie z.B. dieDampfkesselverordnung oder dieDruckbehälterverordnung sind damitungültig.

Heizkessel mit Absicherungstempe-raturen größer 110°C, für die ein Konformitätsverfahren nach Druckge-räte-Richtlinie vorgeschrieben ist,dürfen nur mit CE-Zeichen nach Druk-kgeräte-Richtlinie in Verkehr gebracht werden. Damit werden dieZulassungsverfahren innerhalb dereuropäischen Union vereinheitlicht,der Warenverkehr wird so verein-facht.

Die Druckgeräte-Richtlinie gilt für dieAuslegung, Fertigung und Konformi-tätsbewertung von Druckgeräten undBaugruppen mit einem maximal zu-lässigen Druck von über 0,5 bar. Der weite Geltungsbereich dieserRichtlinie umfasst Druckgeräte vonSchnellkochtöpfen über Behälter,Heizkessel bis hin zu Wasserrohr-kesseln.

Nicht in den Geltungsbereich fallenzum Beispiel Druckgeräte, die aus einer flexiblen Umhüllung bestehen,Flaschen und Dosen für kohlensäure-haltige Getränke und Heizkörper undRohrleitungen in Warmwasserheiz-systemen.

Das Ziel der Richtlinie ist es, die Sicherheit von Geräten in Bezug aufDruckrisiken zu gewährleisten. Dazumüssen die Druckgeräte bestimmteAnforderungen an Konstruktion, Fertigung und Qualität erfüllen.

Bei der Festlegung der Gefahrklassenwird unterschieden nach – der Art des Mediums (z. B. explo-

sive Gase oder Wasserdampf)

Heizkessel, Speicher-Wassererwär-mer und andere Geräte mit Absiche-rungstemperaturen bis 110°C könnennicht mit einer CE-Kennzeichnungnach Druckgeräte-Richtlinie versehenwerden. Diese Geräte sind in Über-einstimmung mit der in dem jeweili-gen Land geltenden guten Ingenieur-praxis auszulegen und herzustellen(Artikel 3, Absatz 3 der Druckgeräte-Richtlinie, siehe Bild 73). So hat zumBeispiel der Gas-Brennwertkessel Vitocrossal 300 eine Absicherungs-temperatur von maximal 110°C. Diese Kessel sind gemäß Gasgeräte-,Maschinen- und bis 400 kW nach Wirkungsgrad-Richtlinie CE-gekenn-zeichnet. Das CE-Zeichen nach Druk-kgeräte-Richtlinie bescheinigt, dass die für die Sicherheit gegen Über-druck maßgeblichen Kriterien erfülltsind. Natürlich sagt das CE-Zeichennichts über die Wirtschaftlichkeit oderdie Schadstoff-Emission des Kesselsaus. Deshalb gilt auch weiterhin: Alle Leistungsmerkmale unterschied-licher Kessel müssen verglichen und bewertet werden. Das CE-Kenn-zeichen ist dabei nur ein Aspekt.

16 Regelungstechnik

16.1 Vitotronic für Mittel- und

Großkessel

Das kommunikationsfähige, digitaleRegelungssystem Vitotronic (Bild 74)ist das elektronische Managementfür wirtschaftlichen und sicheren Betrieb der Heizungsanlage.

Durch die auf einer Plattformstrategiebasierenden Modulartechnik werdendie wesentlichen Bestandteile undFunktionen der Vitotronic Kleinkes-selregelungen auch für die Mittel-und Großkessel übernommen. Angefangen von der einheitlichen Bedienung bis hin zu einfacher Montage, Inbetriebnahme und Wartung mit Rast-5-Stecksystem,Plug & Work-Funktion und OptolinkLaptop-Schnittstelle (Bild 75).

Die Vitotronic für Mittel- und Groß-kessel bietet ausreichend Platz für eine übersichtliche, geordnete Kabel-verlegung. Alle Vitotronic Regelun-gen sind VDE-geprüft (Bild 76).

Die in die Vitotronic integrierte Kesselschutzfunktion regelt die Anfahrschaltung Therm-Control derVitoplex 100 und 300 Heizkessel.

Der standardisierte LON-BUS ermög-licht die einfache und komplette Ein-bindung in Gebäudemanagement-Systeme. Vitotronic Regelungen sindüber die Kommunikations-Schnitt-stellen Vitocom 300 für Fernbedie-nung/Fernüberwachung geeignet.

Vitotronic 100

Die Vitotronic 100 ist eine digitaleKesselkreisregelung für den Betriebmit angehobener Kesselwassertem-peratur für Einkesselanlagen oder für den ersten bis vierten Heizkessel einer Mehrkesselanlage (in Verbin-dung mit der Kaskadenregelung Vitotronic 333).

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Bild 75: Die bewährte Optolink Laptop-Schnitt-stelle erleichtert Wartung und Service

Bild 76: Ein Klappmechanismus macht Elektro-nik und Anschlussraum voll einsehbar und freizugänglich

Bild 74: Vitotronic 300 Montage am Heizkessel

Einkesselanlagen

Mehrkesselanlagen

Digitale Kesselkreisregelung für den Betrieb mit angehobener Kessel-wassertemperatur oder für gleitendenBetrieb in Verbindung mit einer externen Regelung

VITOTRONIC 100

Witterungsgeführte, digitale Kaskaden-regelung für den Betrieb von bis zu vier Heizkesseln und zwei Heizkreise mit Mischer

VITOTRONIC 333

VITOTRONIC 050 VITOCOMVITOTRONIC 100

Witterungsgeführte, digitale Kessel-kreisregelung für den Anlagenkreis und als Vitotronic 300 für zwei weitere Heizkreise mit Mischer

VITOTRONIC 200/300

Übergeordnete

Gebäudeleittechnik

bis zu 32bis zu 4

LON-BUS

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Bild 77: Regelungsprogramm für Mittel- und Großkessel

Regelungstechnik

Vitotronic 200

Die Vitotronic 200 ist eine witterungs-geführte, digitale Kesselkreisrege-lung für Einkesselanlagen mit An-lagenkreis und einem Brenner mitstufiger oder modulierender Arbeits-weise.

Vitotronic 300

Zusätzlich zum kompletten Funkti-onsumfang der Vitotronic 200 ist mit der Vitotronic 300 die Regelungvon zwei weiteren Heizkreisen mitMischer möglich.

Vitotronic 333

Die Vitotronic 333 ist eine witterungs-geführte, digitale Kaskadenregelungfür den Betrieb von bis zu vier Heiz-kesseln mit Vitotronic 100 incl. derRegelung für 2 Mischerkreise. Außerdem unterstützt sie die direkteAnbindung von bis zu 32 Heizkreis-regelungen Vitotronic 050.

Sie deckt alle bekannten Regel-strategien für Mehrkesselanlagen ab. Die Kommunikation innerhalbdes Regelungssystems erfolgt überden LON-BUS. Das ermöglicht dieeinfache Integration in Gebäudeleit-systeme ohne zusätzliche Schnitt-stelle.

Die Verbindung der ViessmannGeräte erfolgt über Autobinding (automatische Anbindung und Konfiguration der Komponenten).

Vitotronic 333 kann am Heizkessel,an der Wand oder als Gerätevarianteim Schaltschrank Vitocontrol mon-tiert werden und ermöglicht die zentrale Bedienung der gesamtenAnlage.

Vitotronic 050

Vitotronic 050 (Bild 78) sind Heiz-kreisregelungsmodule für Wand-,Schaltschrank- und Mischermontage.

Bild 79: Schalt-schrank Vitocontrol

Bild 78: Vitotronic 050für Mischermontage

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17 Kommunikationstechnik

Bild 80: Vitocom 300 Module für den Schaltschrankeinbau

Bild 81: Optolink zur einfachen Ankopplung vonVitosoft 200

Die Kommunikationssysteme ermög-lichen den Dialog – mit einer odermehreren Heizungsanlagen, vor Ortoder aus der Ferne, zur Kontrolleoder zur Bedienung.

Vitocom 300 – Fernüberwachung

und Fernbedienung (Bild 80)

Sie bietet dem Heizungsfachbetriebeine umfassende Fernüberwachungvon Heizungsanlagen über das Inter-net. Unregelmäßigkeiten werden unabhängig vom Internet sofort aufHandy oder Faxgerät weiter geleitet.Rund um die Uhr kann über Internetauf alle Anlagenparameter zugegrif-fen und diese verändert werden.

Ein integrierter Datenspeicher stehtfür die Fernabfrage von Brennerbe-triebsstunden und Temperaturver-läufen zur Verfügung. Das ermöglichteine bedarfsabhängige Wartung. DieAufschaltmöglichkeit von Wärme-mengenzählern und weiterer Über-wachungsfunktionen machen Vitocom 300 für Wärme-Contractingbesonders attraktiv.

Kommunikations-Software

Vitosoft 200 und Fernüberwachungs-

konzept Vitodata 300

Vitosoft und Vitodata bieten dem ambitionierten Heizungsfachbetrieb moderne Möglichkeiten für Inbetrieb-nahme, Fernüberwachung und Wartung mit Laptop und Internet.

Vitosoft 200

Kommunikations-Software für dieAnbindung von Heizungsanlagen aneinen Laptop. Es vereinfacht Inbe-triebnahme, Wartung und Servicevor Ort. Mit Optolink Laptop-Schnitt-stelle ist die Ankopplung schnell undeinfach. Automatische wird durchEingabe von Anlagenbezeichnungenund anlagenspezifischen Daten einAnlagenprotokoll erstellt (Bild 81).

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Kommunikationstechnik

Vitodata 300

Vitodata 300 Internet-Telecontrol –das innovative Fernüberwachungs-und Fernbedienungskonzept für Viessmann Heizsysteme nutzt bereitsheute die modernsten Kommuni-kations- und Mobilfunknetze, wie Internet, E-Mail, Voice- oder SMS-Mitteilungen.

Vitodata 300 ermöglicht die Fern-überwachung und Fernbedienung derHeizungsanlage rund um die Uhr. DerZugriff erfolgt über Internet mit Hilfebekannter Programmoberflächen. Da-für wird keine spezielle Software aufdem eigenen PC benötigt, was Upda-tes überflüssig macht.

Vitodata 300 regelt die Zugangs-berechtigung für den jeweiligen Heizungsfachbetrieb und stellt danndie Verbindung zu der gewünschten Heizungsanlage über Vitocom her.

Unregelmäßigkeiten meldet Vitodatasofort an ein Handy (SMS) oder anein Faxgerät. Somit ist keine ständigeInternet-Verbindung notwendig.

INTE

RNET

VITODATA 300 Server

VITODATA 300/E-Mail

Voice/SMS/E-Mail

Faxmeldung

VITOCOM

VITOCOM

VITOCOM

V

V

V

Bild 82: Kommunikationstechnik

Bild 83: Vitodata 300 ermöglicht den Zugriff auf alle Daten und Codierungen der Heizungs-anlage

Internet

VITOCOM 300

V

INTE

RNET

VITODATA 300

Fachbetrieb

4

1 2

35

7

6

6

Vakuum-Leckanzeige

Füllstandsüberwachung

Ölzähler

Raumthermostat

Öl-Wasser-Warngerät

Wärmemengenzähler

Druck-Messumformer

4

6

7

5

32

1

Bild 84: Die Möglichkeit, Wärmemengenzähler und weitere Überwachungsfunktionen aufzuschalten,erweitert Vitodata 300 in Richtung Gebäudeüberwachung

18 Vitoplan –

die Viessmann Planungssoftware

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Mit Vitoplan 200 (Bild 85) stellenViessmann und liNear ein vollständi-ges Programmpaket zur Planung und Berechnung von Heizungs- undSanitäranlagen zur Verfügung. Damitsind Anlagenbauer, Planungsbüros,aber auch Fachhandwerksbetriebe inder Lage, komplexe Heizungsanlagenumfassend zu planen.

Die Viessmann Produkte incl. der Vitoset Heizsystemkomponentensind mit Daten und 3D-Ansichten in die Software integriert. Das 3D-Heizraumplanungs-Modul mit Präsentations- und Visualisierungs-funktion bietet bereits in einem sehrfrühen Planungsstadium die Mög-lichkeit sich einen Gesamteindruckvon der Anlage zu verschaffen undsomit den Entwicklungsprozess auch visuell zu unterstützen.

Mit Vitoplan 200 CAD

Die weitverbreitete CAD-SoftwareAutoCAD ist als OEM-Version zu-sammen mit den Vitoplan Ausbau-paketen erhältlich. Sie enthält auchdie neuesten 3D-Orbit-, Render- undVisualisierungs-Befehle.

Haustechnik 5

Die Software Haustechnik 5 bein-haltet die neue Berechnung der Heizlast nach DIN 12831, die U-Wert-Berechnung und die Auslegung von Heizkörpern und Fußboden-heizungen.

Bild 85: Vitoplan 200 Planungs-Software

Bild 86: Heizlastberechnung nach DIN EN 12831

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Vitoplan –

die Viessmann Planungssoftware

Bild 88: Heizlast nach DIN EN 12831

Bild 87: 3D-Darstellungen unterstützen den Planer und überzeugen den Anlagenbetreiber

Voll kompatibel

Vitoplan ist so ausgelegt, dass sowohl Daten aus liNear Software-Modulen, als auch die Daten aus der Viessmann Software ECAD, EDIS und ENEM übernommen werden können.

Als Ein- und Ausgabeformate kom-men Gaeb und ASCII-Text sowie Datanorm (4.0 oder höher) zum Einsatz. Damit kann auch die ge-meinsame Adress- und Projekt-verwaltung realisiert werden.

Die Planungssoftware Vitoplan 200besteht aus Einzelmodulen, die jenach Bedarf zusammengestellt werden können.

Einzelmodule Vitoplan 200:

– Vitoplan 200 Haustechnik Pro – Vitoplan 200 2D-Rohrnetz– Vitoplan 200 Fußbodenheizung– Vitoplan 200 3 D-Heizraumplanung– Vitoplan 200 CAD– Vitoplan 200 3D-Wohnungs-

lüftungsplanung

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19 Moderne Konstruktions- und

Fertigungsmethoden sichern

hohe Qualität

Moderne Konstruktions- und

Fertigungsmethoden sichern hohe

Qualität

Die Viessmann Mittel- und Groß-kessel werden mit modernsten Verfahren entwickelt. Mit FEM-Methoden werden Spannungs-verläufe analysiert und zum BeispielRohranordnungen oder Schweiß-verbindungen optimiert.

Die Vitoplex-Kessel werden in Serienmit hohem Automatisierungsgradgefertigt. Die Vitomax-Großkesselwerden in Kleinserien gefertigt bzw.auftragsbezogen hergestellt. Am Ende der Fertigung werden die Heiz-kessel einer Druckprobe mit demmindestens 1,57-fachen Betriebs-überdruck gemäß Druckgerätericht-linie unterzogen. Bei Hochdruck-dampf- und Hochdruck-Heißwasser-erzeugern werden die Schweißnähtegemäß der länderspezifischen Vorschriften mit Ultraschall undRöntgenverfahren geprüft.

Faltrippenrohre dermehrschaligenTriplex-Heizfläche

Serienfertigung derVitoplex 100 und 300von 80 bis 460 kW

Fertigung dermehrschaligen Duplex-Rohre des Vitomax 300

Auch die Dreizug-kessel Vitoplex von575 bis 1750 kW werden in gleich-bleibend hoher Qualität in Serie gefertigt

Auch Ecken und Kanten erhalten mitHilfe des Robotersden Pulverauftrag

UmweltschonendePulverbeschichtungder Kesselkörper

Ober-/Unterteil des zerlegbaren Vitoplex 300 Typ TZ werden versandfertig gemacht

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Einschweißen der mehrschaligenHeizgasrohre des Vitoplex 300

Wasserleitblech mit Injektoröffnungen vor dem Verschweißen

Schweißroboter fertigt Konturnaht am Außenmantel

Schweißen unter optimalen Bedingun-gen – auch bei Kes-sellängen über 7 m

Qualitätskontrolledurch Ultraschall-Prüfung

Rundwalzen derAußenmäntel für Vitomax

Vitomax Kessel mit Stutzen

Vitomax Kessel in verschiedenenBearbeitungsstadien

Endkontrolle

Moderne Konstruktions- und

Fertigungsmethoden sichern

hohe Qualität

Viessmann bietet

Ihnen ein viel-

seitiges und

dennoch einheit-

liches Produkt-

programm für

jeden Bedarf und

jeden Anspruch

Brennwert-

Wandgeräte für

Öl und Gas

Die Viessmann Werke

Viessmann ist mit rund 6800 Mitarbeiternweltweit einer der bedeutendsten Her-steller von Produkten der Heiztechnikund bei bodenstehenden Heizkesseln europaweit die meistgekaufte Marke. DerName Viessmann steht für Kompetenzund Innovation. So bietet die ViessmannGruppe ein komplettes Programm tech-nologischer Spitzenprodukte und die exakt darauf abgestimmte Systemtech-nik. Doch bei aller Vielfalt haben unsere Produkte eines gemeinsam: den durch-gängig hohen Qualitätsstandard, dersich in Betriebssicherheit, Energieein-sparung, Umweltschonung und Bedien-komfort ausdrückt.

Viele unserer Entwicklungen sind für dieBranche richtungweisend sowohl beikonventionellen Heiztechniken als auchim Bereich erneuerbarer Energien, wieetwa der Solar- und Wärmepumpen-technik.

In all unseren Entwicklungen folgen wir unserer Philosophie, jederzeit dengrößten Nutzen zu erzielen: für unsereKunden, unsere Umwelt und unserePartner, die Heizungsfachbetriebe.

Die Viessmann Verkaufsniederlassungen

01458 Dresden · Tel. 035205 526-006184 Leipzig · Tel. 034605 303-012357 Berlin/Brandenb. · Tel. 030 660666-1019075 Schwerin · Tel. 03865 8501-021109 Hamburg · Tel. 040 756033-024768 Rendsburg · Tel. 04331 4551-028309 Bremen · Tel. 0421 43511-030519 Hannover · Tel. 0511 7286881-032051 Herford · Tel. 05221 9325-034123 Kassel · Tel. 0561 95067-035107 Allendorf · Tel. 06452 70-228839167 Magdeburg · Tel. 039204 787-040789 Düsseldorf · Tel. 02173 9562-044388 Dortmund · Tel. 02305 92350-048153 Münster · Tel. 0251 97909053840 Köln-Bonn · Tel. 02241 8830-054294 Trier · Tel. 0651 82571-056218 Koblenz · Tel. 02630 9894-057080 Siegen · Tel. 0271 31451-064546 Frankfurt · Tel. 06105 28311-066450 Saarbrücken · Tel. 06826 9238-068526 Mannheim · Tel. 06203 9267-070825 Stuttgart · Tel. 07150 91361-076275 Karlsruhe · Tel. 07243 7269-079108 Freiburg · Tel. 0761 47951-085540 München · Tel. 089 462331-086165 Augsburg · Tel. 0821 74789-089275 Ulm · Tel. 07308 96501-091207 Nürnberg · Tel. 09123 9769-094447 Plattling · Tel. 09931 9561-095030 Hof · Tel. 09281 6183-097076 Würzburg · Tel. 0931 6155-099091 Erfurt · Tel. 0361 74071-0

Viessmann Werke

35107 Allendorf (Eder)

Telefon 06452 70-0 · Fax 70-2780

www.viessmann.com

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