Brötje WGB20 und QAA70 - Anlagenbeschreibung
Die Gebäudedaten
Ich habe ein Einfamilien-Reihenhaus Baujahr 1936 mit ca. 110 m² bewohnter Fläche. Das Haus hat eine Wärmedämmung aus den 80er Jahren mit ca. 50mm Styropur und Mineralputz sowie Doppelglasfenster. Das Dach wurde 2004 ausgebaut und hat 200mm Dämmung. Dazu betreibe ich gelegentlich noch einen Kaminofen.
Die Heizungsanlage
Die Heizung wurde 1998 erneuert und ist wie fast alle Heizungen in deutschen Privathäusern überdimensioniert. Da ich damals das Haus in weitgehender Eigenleistung komplettt sanieren mußte, hatte ich andere Dinge zu tun, als mich um Details der Heizungsplanung zu kümmern.
So wurde dann auf Vorschlag des Heizungsbauers ein Gasbrennwertgerät Brötje WGB20 mit separatem 80 l Brauchwasserspeicher eingebaut. Das Gerät liefert eine Wärmeleistung von 20 kW, die bis auf 8 kW heruntermoduliert werden kann. Es gab damals auch noch die Ausführungen WGB15 mit 15kW und WGB25 mit 25kW Maximalleistung.
Brötje WGB20 mit 80 l Speicher
Nachdem ich immer wieder feststellen mußte, das der Brenner immer nur für ca. 30 bis 60s einschaltet, das aber alle 3 bis 5 Minuten wiederholt, wurde es Zeit, herauszufinden warum das so ist. Zumal jeder Start mit 100% Gebläsedrehzahl beginnt und erst nach der Zündung auf die kleinste Leistung von 8kW herunterregelt. Bei jedem Start entstehen Schadstoffe und unnötige Verluste, da der Brenner natürlich auf einen wirtschaftlichen (Dauer-)Betrieb ausgelegt ist und nicht auf wirtschaftliches Starten.
Diese Betriebsart nennt man "Takten" und ist das klassische Phänomen jeder überdimensionierten Heizung. Die Erklärung dafür ist einfach und logisch. Die kleinste mögliche Leistung, die der Kessel abgeben kann, liegt bei 8 kW. Wenn aber nicht soviel Leistung gebraucht wird, muß zwischendurch zwangsläufig abgeschaltet werden. Moderne Gasbrennwertheitungen sind dafür gemacht, die Wärmeabgabe an den Wärmebedarf anzupassen und mit sauberer Verbrennung gleichmäßig durchzulaufen - wenn sie richtig dimensioniert sind. Liegt die kleinstmögliche WÄrmeabgabe zu hoch, müssen sie ständig ein- und ausschalten. Daran kann man nichts mehr ändern, wenn erst mal eine überdimensionierte Heizung eingebaut ist. Aber man kann durch geeignete Maßnahmen die Taktzeiten verlängern.
Beim Autofahren kann man das mit einer Fahrweise vergleichen, bei der man bei kaltem Motor mit Vollgas losfährt, aber nach 300m wieder anhält, den Motor abstellt und wartet, bis er kalt ist. Dann fährt man wieder 300m mit Vollgas usw.
Vorteil der linearen Modulation
Dieses neue Regelungsverfahren garantiert eine perfekte Anpassung der Brennerleistung an die Wärmeanforderung. Der Kessel erreicht daher einen optimalen Betriebswirkungsgrad, da er die meiste Zeit mit kleiner Leistung läuft. Die Microprozessorsteuerung startet den Brenner immer mit mittlerer Leistung und stellt anschließend sofort den aktuellen berechneten Leistungsbedarf ein. Die Zahl der EIN-/AUS-Intervalle ist daher viel geringer als bei einem Gerät mit 1- oder 2-Stufen-Regelung. Diese Reduzierung der Startintervalle führt zu einer geringeren Beanspruchung der verschiedenen Bestandteile des Kessels und gewährleistet daher eine längere Lebensdauer desselben. Die reduzierte Zahl von Zündungen und die Zündung mit reduzierter Leistung bringen eine beträchtliche Verringerung der Emissionen von unverbrannten, umweltverschmutzenden (CnHn) Gasanteilen mit sich. Die Erhöhung des Betriebswirkungsgrades verringert die globalen CO2- und NOx- Emissionen, die bei Modellen mit Ein-/Aus-Betrieb dank der Brennwerttechnik und dem Vormischungsbrenner schon sehr gering sind, noch weiter.
Quelle: Olymp
Dieses Zitat habe ich aus der Beschreibung eines Olymp-Brennwertkessels, in dem ironischerweise die selbe Steuerung eingebaut ist wie in meiner Brötje-Anlage.
Ich sehe noch heute den Heizungsbauer vor mir, wie er mir erklärte, die 20kW müßten sein, schon allein wegen dem Warmwasserkomfort, und wenn weniger Leistung gebraucht wird, dann regelt das Gerät ja herunter, schließlich sei das ja ein Brennwertgerät.
Der Warmwasserkomfort
Das Märchen vom Warmwasserkomfort: Ein Arbeitskollege hat gerade ein Haus gekauft, das komplett saniert werden muß. Doppelhaushälfte auch so ca. 100 m² mit Anbau. Zufällig war ich dabei, als der Heizungsbauer zum Aufmaß da war. Der Architekt bzw. Energieberater hatte eine Heizlast von 13kW berechnet. Der Heizungsbauer wollte 20 kW einbauen, "wegen dem Warmwasserkomfort".
Tatsache ist aber, das heute die meisten wandhängenden Gasbrennwertgeräte für einen Pumpenheizkreis und einen Speicherladekreis entweder
- eine Pumpe und ein Umschaltventil, oder
- zwei Pumpen, eine für den Heizkreis, eine für die Speicherladung
eingebaut haben. Wobei das Warmwasser immer Vorrang hat (sogenannte Vorrangschaltung). Das heißt, es ist immer nur einer der beiden Kreise in Betrieb. Es wird also niemals vorkommen, daß gleichzeitig das Haus und das Warmwasser aufgeheizt werden und damit die Summe beider Heizleistungen benötigt wird..
Beispiel 1: Um 1 Liter Wasser (= 1kg) um 1 Grad zu erwärmen, braucht man 4,19 kJ (Kilojoule) wobei 1 Joule = 1 Ws (Wattsekunde). Angenommen man hat einen 80 l Brauchwasserspeicher, der von 10°C auf 60°C komplett aufgeladen werden soll, d.h. ein Temperaturanstieg um 50 K (Kelvin). Dafür braucht man
80 kg * 50 K * 4,19 kJ/kg K = 16760 kJ = 16760 kWs
d.h. 1kW Heizleistung müßte 16760 s = 279,3 min lang wirken. Mit 10 kW Heizleistung sind es dann nur 27,9 min.
Beispiel 2: Beim Duschen verbraucht man etwa 40 l Wasser. Um 40 l Wasser von 10° auf 45° zu erwärmen (so habe ich nämlich mein Brauchwasser eingestellt) benötigt man
40 kg * 35 K * 4,19 kJ/kg K = 5866 kJ.
d.h. ein 10kW-Brenner müßte dafür 9,7 min lang arbeiten. Wohlgemerkt ein Brenner mit 10 kW. Ein stärkerer Brenner schafft das noch schneller. So, und jetzt dürfen Sie sich überlegen, ob Ihre Heizkörper mal 9,7 Minuten auf den Nachschub verzichten können.
Die Heizlastberechnung
Die Heizlast eines Gebäudes ist die Heizleistung, die benötigt wird, wenn draußen die tiefste an diesem Standort vorkommende Temperatur herrscht, und drinnen sämtliche Zimmer auf 22°C aufgeheizt werden. Sie brauchen diese Heizleistung durchschnittlich an genau 5 Tagen im Jahr. An allen anderen Tagen brauchen Sie viel weniger oder gar keine Heizleistung. Wie gesagt wird diese Leistung nur zum Heizen benötigt, denn bei der Warmwasserbereitung ist der Heizkreis ja abgeschaltet (es sei denn man hat einen Mischerkreis).
Auf diese meist großzügig berechnete Heizleistung wird von den Heizungsbauern noch ein Sicherheitszuschlag von 100% aufgeschlagen. Schließlich soll ja kein Kunde frieren müssen. Wenn überhaupt ein Heizungsbauer jemals eine Heizlastberechnung durchführt, und nicht wie bei mir einfach die Kesselgröße Pi mal Daumen festlegt.
Bei Danfoss kann man sich eine Software herunterladen, mit der man die Heizlast berechnen kann. Dazu muß man den Standort, das Baujahr, die Bauweise, die Dämmung, die Größe sämtlicher Zimmer, die Fensterflächen und viele weitere Gebäudedaten eingeben. Für mein Reihenhaus ergab das bei -15° eine Heizlast von knapp 4,2 kW (ohne Lüftungsverluste). Das erschien mir viel zu wenig. Deshalb habe ich die Heizlast noch einmal nach dem Hüllflächenverfahren berechnet.
Dabei wird das Haus als Kasten betrachtet. Drinnen sind 22°, draußen -15°. Nach der Wärmedurchgangsformel wird nun für sämtliche Außenwände der Wärmefluß berechnet. Also habe ich im Internet die U-Werte für die vorhandenen Baustoffe und und Fenster rausgesucht. Damit kam ich auf knapp 3,8 kW. Immer noch recht wenig, aber vergleichbar mit dem ersten Ergebnis.
Als wir neulich draußen -18° hatten, habe ich innerhalb von 5 Stunden genau 1,92 m³ Gas verbraucht, inklusive Warmwasserbereitung und Abendessen am Gasherd kochen. Da 1m³ Gas 10 kWh Heizwert hat, entspricht das einer mittleren Heizleistung von 3,84 kW. Also sollte das mit knapp 5 kW doch hinkommen?
Die kleinste von meinem WGB20 lieferbare Heizleistung beträgt wie gesagt 8 kW. Und der letzte Beweis für die Überdimensionierung meiner ist schließlich die Tatsache, daß der Brenner auch bei -18° C noch immer taktet.
Maßnahmen
Für mich kein Grund, jetzt eine kleinere Heizung einzubauen. Die Kosten würden sich niemals rentieren. Aber es gibt Maßnahmen, diese total überdimensionierte Anlage etwas wirtschaftlicher zu betreiben. Deshalb zunächst einmal zu den Möglichkeiten der vorhandenen Steuerung.
