Download - Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten. Modul Nr. 1.5 Heizen mit Holz und Holzpellets Holz-Spezialheizkessel Schulung Holzfeuerung.

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Modul Nr. 1.5

Heizen mit Holzund

Holzpellets

Holz-Spezialheizkessel

Schulung Holzfeuerung

Modul Nr. 1.5

Warum überhaupt?

Lagerungsdauer

Feuchte-gehalt

Heizwert

LagerungsartUmweltfreundlich?

Zusammen-setzung

Wieviel Holz benötigt man?

Verbrennungs-vorgang

Brennstoff Holz

Modul Nr. 1.5

Fossile Energieträger - Reichweite

Reichdauer international sicher gewinnbarer fossiler Energieträger bei heutigem Verbrauch

(Quelle: BMWi Energiedaten 1995)140

120

100

Vor

räte

in M

rd.

t R

ÖE

(Roh

ölei

nhei

ten)

1995 2025 2035 2045 20552005 2015 2065 2075

Jahr

Kohle: Reichdauer 158 Jahre (2180)

Erdgas (1,66 Mrd t/a)(67 Jahre)

Erdöl (3,16 Mrd t/a)(43 Jahre)

Erdöl 1985

Erdgas 1985

Modul Nr. 1.5

Primärenergieverbrauch I

Öl

Kohle

Gas

(Strom)Holz

01700 1800 1900 2000 2100

Mrd

t S

Primärenergieverbrauch Welt nach Prof. Heinloth

Holz (nach Frisch)

2050: 50%

Koh

lefö

rder

ung

Ver

bren

nung

smot

Erd

ölfö

rder

ung

Dam

pfm

asch

ine

Regenerative Energie (Soll)

Summe Fossil

Gemäß Rio Klimakonvention

Kernenergie

Modul Nr. 1.5

CO2-neutrale Verbrennung

Mineralstoffe

Verbrennung

Holz

Heizenergie

Asche

Verrottung

Holz

CO2

Nahrung für Mikro-

organismen

H2O

Energie

Modul Nr. 1.5

Heizwert von Holz

Spezifische Heizwerte von Holz

Heizwert (bei 15% Feuchtigkeitsanteil)

Holzart kWh / kg kWh / Raummeter

Buche, Eiche, Esche ~ 4,1 ~ 2100

Ahorn, Birke ~ 4,2 ~ 1900

Pappel ~ 4,1 ~ 1200

Kiefer, Lärche, Douglasie ~ 4,4 ~ 1700

Fichte, Tanne ~ 4,5 ~ 1500

Abweichung < 9 % Abweichung > 40 %

Modul Nr. 1.5

Brennstoff

Erdgas L

Erdgas H

Flüssiggas

Heizöl EL

Holz (Ø)

Pellets

Einheit

kWh / m³

kWh / kg

(kWh / l)

kWh / kg

Heizwert

8,88

10,42

25,80

11,86

(10,08)

4,3

5,3

Brennwert

9,76

11,42

28,02

12,44

(10,58)

Heizwerte im Vergleich

1 Raummeter entspricht: Buche 208 l Heizöl EL (201 m3 Erdgas H)Fichte 149 l Heizöl EL (144 m3 Erdgas H)

Wirkungsgrad: Öl-/Gas-Spezialheizkessel 92 %Holz-Spezialheizkessel 85 %Pelletofen 90 %

Mengenvergleich: Verbrauch 3000 l Heizöl EL entsprechend16 rm Buche

22 rm Fichte

Modul Nr. 1.5

Der Heizölpreis

120

110

100

09.98 12.98 03.99 06.99 09.99 12.99 03.00 06.00 09.00

/ 1

00 L

iter

Datum

1,15 DM / l am 13.09.00

Modul Nr. 1.5

Preisvergleich der Brennstoffe

Annahme: Objekt mit 30.000 kWh Wärmebedarf pro Jahr

Heizöl : 30.000 kWh / (10 kWh/l * 0,9) * 1,15 DM/l = 3.833 DMGas : 30.000 kWh / 0,95 * 0,06 DM/kWh = 1.895 DMBuchegespaltet / gesägt : 30.000 kWh / (2100 kWh/rm * 0,85) * 55 DM/rm = 924 DMfertig gehackt : 30.000 kWh / (2100 kWh/rm * 0,85) * 80 DM/rm = 1.345 DMPellets : 30.000 kWh / (5,3 kWh/kg * 0,9) * 0,28 DM/kg = 1.761 DM

4000 DM / a

3000 DM / a

2000 DM / a

1000 DM / a

Öl Gas Pellets Buchefertig

Buche

Modul Nr. 1.5

Bewaldung der BRD

Modul Nr. 1.5

feste Brennstoffe

Festbrennstoff

Kohlenstoff (C)

Wasserstoff (H)

Sauerstoff (O)

Stickstoff (N)

Schwefel (S)

Wasser (H2O)

Asche

Heizwert [kWh/kg]

Holz

(lufttrocken)

4,1

Braunkohle-

brikett

5,5

0,5

5,4

Steinkohle

0,5

3,5

8,8

Koks

0,5

8,0

Unterschiedliche Zusammensetzung ergibtunterschiedliche Verbrennungseigenschaften bedingt

angepasste Feuerräume

Modul Nr. 1.5

Prozentuale Zusammensetzung von Holz und Koks

Brennstoff Holz

Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff Asche

Holz

Koks

Hoher Anteil flüchtiger Bestandteile ergibt große Flammenlänge

Modul Nr. 1.5

Gasinhalt / Flammenlänge

Koks Esskohle Braunkohle-briketts

Holz

Flüchtige Bestandteile in %

Modul Nr. 1.5

Heizwert und Feuchtegehalt

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5Heizwert in kWh/kg

Feu

chte

geha

lt in

Heizwert von Holz in Abhängigkeit des Feuchtegehalts

Waldfrisch50 % Feuchte

2,3 kWh/kg

Lufttrocken15 % Feuchte

4,3 kWh/kg

47 % Differenz !

Modul Nr. 1.5

Sachgemäße Lagerung

Modul Nr. 1.5

Holzfeuchte und Trocknungsdauer

0 3 6 9 12 15 18 21 24Trocknungsdauer in Monaten

Feu

chte

geha

lt in

Januar Dezember Januar Dezember

Modul Nr. 1.5

Verbrennungsablauf

Fester Brennstoff

Trocknung

Zündung

Pyrolyse

Vergasung des festen Koksrückstandes

Verbrennung der Ent- und Vergasungsprodukte

Modul Nr. 1.5

Verbrennungsverlauf / Energiefluss

Temperaturin °C

400

200

100

300

End

othe

rme

Rea

ktio

n(E

nerg

iezu

führ

ung)

Exo

ther

Rea

ktio

n(E

nerg

iefr

eise

tzun

g) In den Abgasen enthaltene Wärme

Nutzwärme

Wärmeverbrauch zur Unterhaltung des Verbrennungsvorganges

Fremdwärme in der Anheizphase

Beginn der Glutbildung

Höhepunkt der Verbrennung

Beginn der thermischen Zersetzung

Trocknung

Flammpunkt

Fre

i-ge

setz

teE

nerg

Modul Nr. 1.5

Anzünden beim Betriebsstart

Modul Nr. 1.5

Abbrandverhalten von Holz

Zeitlicher Abbrand [g/s]

Zeit [s]

Zündung

Trocknung

Pyrolyse (Entgasung)

Vergasung des festen Koksrückstandes

Verbrennung der Ent- und Vergasungsprodukte

Modul Nr. 1.5

Luft

LuftLuft

Luft

FeuerungsprinzipienOberer Abbrand Unterer Abbrand

• Robuste Konstruktion• Einfacher Aufbau• Die ganze Schüttung brennt

• Nur der untere Teil der Schüttung brennt• Geringere Emissionen und hohe

Wirkungsgrade durch große Nachverbrennungszone

Modul Nr. 1.5

Oberer und unterer Abbrand

Modul Nr. 1.5

Merkmale:• Nennwärmeleistung 14,8 kW• Oberer Abbrand• Umlenkschieber für guten

Ausbrand• Großer Füllraum (77 Ltr.) • Servicefreundlich durch

glatte Heizflächen und Reinigung von vorne

• Nach 1. BImSchV nicht messpflichtig

• Forderung nach einem Pufferspeicher nicht zwingend

Logano S131-14

Primärluft

Sekundärluft

Modul Nr. 1.5

Merkmale:

• Nennwärmeleistung je nach (Werks-) Einstellung 33, 37, 42, 47 oder 52 kW

• Zugbedarf je nach Leistung19, 21, 23, 25, 27 Pa

• Unterer Abbrand mit Turboair-Nachverbrennung

• Neuartige Luftführung

• Großer Füllrauminhalt (180 Ltr.)

• Scheitholzlänge bis 50 cm

• Abbranddauer bis 6,0 h

• Pufferspeicher gefordert

Logano S231-40

Primärluft

Sekundärluft

Modul Nr. 1.5

Merkmale:• Zum Patent angemeldete Technologie• Rotierende Flamme mit einer

Ausbrandzeit > 0,5 Sec • Nahezu vollständiger Ausbrand der Heizgase• Sehr geringe CO-Entwicklung• Hochdynamische Sekundärluftregelung nach

dem Injektorprinzip (schneller als Regelung über Lambdasonde)

• Gleichbleibende Verbrennungstemperatur im gesamten Nachverbrennungskanal vonca. 1100 °C

Turboair-Nachverbrennung

Modul Nr. 1.5

Emissionswerte im Vergleich

5000

4000

3000

2000

1000

-Em

issi

on [

mg/

m³]

(15

% 0

Bud

erus

S 2

31-2

inim

Bud

erus

S 2

31-2

axim

Gre

nzw

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„Stu

ttga

rt“

105

För

derp

rogr

amm

C.A

.R.M

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500

1. B

ImS

chV

För

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Sac

hsen

Modul Nr. 1.5

Pufferspeicher

„Immer 800 l“

EN 303-5 !

„25 l/kW“ „100 l/kW“

„So groß wie nur möglich“

Modul Nr. 1.5

Warum ein Pufferspeicher ?

• Komfort wie bei anderen modernen Heizungsanlagen• Optimale Wärmeversorgung auch bei Schwachlast• Bedienungsintervalle lassen sich auf günstige Tageszeiten legen• Kein Ansprechen der thermischen Ablaufsicherung• Betrieb bei Volllast.

Dadurch: Bester Wirkungsgrad Geringste Emissionen wegen optimalen Temperaturbedingungen Keine festen Rückstände im Brennraum Höhere Lebenserwartung Beste Wirtschaftlichkeit

Der Pufferspeicher speichert die von intermittierend betriebenen Festbrennstoff-Heizkesseln erzeugte Wärme. Dadurch werden die Betriebsverhalten der Heizungsanlage in folgenden Punkten verbessert:

Modul Nr. 1.5

- Dimensionierung ist vorgeschrieben

§ 6 Absatz 3:Handbeschickte Feuerungsanlagen mit flüssigem Wasserträgermedium sind bei Einsatz der in § 3 Abs. 1 Nr. 4 bis 8 genannten Brennstoffe (Holz,

Anm. d. Autors) grundsätzlich bei Volllast zu betreiben. Hierzu ist in der Regel ein ausreichend bemessener Wärmespeicher einzusetzen.

Dies gilt nicht, wenn die Anforderungen nach Absatz 1 Nr. 2 oder 3 auch bei gedrosselter Verbrennungsluftzufuhr (Teillastbetrieb) eingehalten werden können.

Verordnung über Kleinfeuerungsanlagen (1.BImSchV)

1. BImSchV und Pufferspeicher

- Pufferspeicher wird gesetzlich gefordert

Modul Nr. 1.5

Ausgangssituation: Nutzer beschwert sich über

- Kosten für Pufferspeicher- Platzbedarf- Regelungsbedarf- zusätzliches Volumen des Ausdehnungsgefäßes- zusätzliche Bauteile wie Pumpen,...- zusätzliche Montage-, Wartungskosten- ...

Willkürlich gewähltes Pufferspeichervolumen ist daher ein Hindernis für die Holzfeuerung insgesamt

Fachliche und sachliche Planung ist notwendig, um dem Nutzer das anlagenspezifisch notwendige Pufferspeichervolumen begründen zu können

Warum dimensionieren ?

Modul Nr. 1.5

Hintergrund:Der Pufferspeicher muss mindestens die Wärmemenge einer Kesselfüllung

aufnehmen können!

Statische Auslegungsmethode

Puffer Kessel

)(*** min,max PuPuWWPuPu cVQ KKK bQQ *

KKPu bQV **5,13

Modul Nr. 1.5

Beispiel statische Berechnung

Gewählter Holz-Spezialheizkessel: Logano S 131 – 25Kesselnennleistung: 29 kWAbbrandzeit (Buche, Leistung 29 kW): ca. 3 h

Pufferspeichervolumen:

Vpu= 13,5 * 29 kW * 3 h = 1.175 l

Modul Nr. 1.5

Hintergrund:Anlagenoptimum für häufigsten Betriebspunkt sicherstellen!

Dynamische Auslegungsmethode

015 -14Außentemperatur [°C]

Gra

dtag

zahl

d/a]

300

250

200

150

100

Heizarbeit bei unterschiedlichen Betriebspunkten

Häufigster Betriebspunkt bei ca. 40% Anlagenauslastung

Modul Nr. 1.5

System-temperaturen

TagesbetriebszeitHolzkessel

Leistung Holzkessel

Wärmebedarf

Abbranddauer

Einflussgrößen auf die Pufferdimensionierung:

• Tagesbetriebszeit Holzkessel• Verhältnis Nennleistung Holzkessel zu Wärmebedarf• Systemtemperaturen

Einflussgrößen

Modul Nr. 1.5

*QN

fBeh.*24h Zeit [h]

Leis

tung

[kW

]

Überschuss = Restbedarf

Hintergrund

Wär

mea

bgab

e H

olzk

esse

Wärmebedarf Objekt

Modul Nr. 1.5

Betriebszeit vorgegeben

Kesselleistung vorgegeben

Dynamische Auslegung

Praxisformel: (I) QN

VPU·

= **4,073

5,2

*2246 R

mit

·=

**4,6

mit NK Qb

Q·· = *

4,6

Praxiswerte: x=0,4 fBeheizung=2/3 PU, max85 °C W=0,982 kg/l cW=4,18kJ/kgK

Befüllungen pro Tag

(II)N

PU Qb

V·

-= *

*4,073

16 *351

Erforderliche Kesselleistung

Modul Nr. 1.5

Beispiel

Norm-Wärmebedarf: 25 kWAuslegungstemperaturen: 75 / 60 °CGewählter Holz-Spezialheizkessel: Logano S 231 – 25Kesselnennleistung: 25 kWAbbrandzeit (Buche): ca. 4,5 h

Pufferspeichervolumen:

172025*60*4,073

255,2

*2246 = -

PUV

Anzahl der Befüllungen:

4,125*5,4

25*4,6 ==n

Modul Nr. 1.5

Extremwertbestimmung

Eine Maximalwertbetrachtung für oben hergeleitete „Praxisformeln“ ergibt Vergleichswerte für eingangs erwähnte kesselleistungsabhängige Dimensionierungsgrößen.

Das Verhältnis QN/QK wird zwischen 0,5 und 1 betragen, die Rücklauftemperatur Werte zwischen 30°C und 70°C annehmen können. Dadurch ergeben sich Dimensionierungswerte zwischen 35 l/kW bis 75 l/kW Pufferspeichergröße.

Dies macht deutlich (Faktor 2 zwischen den ermittelten Werten),dass eine anlagenabhängige Dimensionierung vorgenommen werden muss.

Modul Nr. 1.5

Dynamisches Verfahren

Statisches Verfahren

Zusammenfassung

VPU=13,5 * QK*bK

.a)

VPU

··

= **4,073

5,2

*2246R

mit b

KQ·

NQ·

= *4,6 [h] Betriebszeit je Tag

PU Qb

V·

-= *

*4,073

16 *351

mit NK Qb

Q·· = *

4,6[kW] Kessel-Nennleistung

bzw.

Modul Nr. 1.5

Vorschriften und Normen

• DIN 4751- Sicherheitstechnische Ausrüstung

• Feuerungsverordnung- Aufstellung, Schornstein, Brennstofflagerung

• DIN 4759- Anschluss an gemeinsamen Schornstein

• 1. BImSchV- Emissionswerte, Anforderungen und Messung

• Heizungsanlagenverordnung- Absperrung, Regelung, Wartung

Modul Nr. 1.5

DIN 4751 T2

Aus der DIN 4751 T2 ergeben sich folgende Anforderungen:

• Thermische Ablaufsicherunggilt als Sicherheitstemperaturbegrenzer. In der Kaltwasserzulaufleitungmuss ein Mindestdruck von 2 bar vorhanden sein

• Verbrennungsluftreglergilt als Kesseltemperaturregler. Ermuss auf höchstens 90°C eingestelltsein

• Eine Nebenlufteinrichtung im Abgaswegverhindert eine wesentliche Überschreitung des angegebenenZugbedarfs des Kessels

Modul Nr. 1.5

Anlagen-Hydraulik

HolzkesselRegel-technik

Kunde

Ökonomie Ökologie

DIN 4702

Schornstein

DIN 4751

BImSchV

HeizAnlVFeuVO

Komplexität der Einflussgrößen

Modul Nr. 1.5

Betriebsbedingungen

40°Cja70°C-S231

40°Cja70°C-S131 – 25

40°C- 3)70°C-S131 – 14

Mindestrücklauf-temperatur 2)

Puffer-speicher 1)

Mindest Kesselwasser-

temperatur

Kesselwasservolumenstrom

Logano

BetriebsbedingungenHeizkessel

1) Der Inhalt muss mindestens 25 l/kW betragen. Auslegung wie behandelt.2) In Verbindung mit einem Pufferspeicher.3) Nicht gesetzlich gefordert, jedoch unbedingt empfehlenswert.