Fossilheizung

Подпись: 2Л.7

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Wir betrachten eine konventionelle Heizung, die mit fossilen Brenn – stoffen betrieben wird. Die wesentlichen Verluste, die hierbei entstehen, sind die Abgasverluste. Entsprechend Bild 55 kann

Bild 55 Fossilheizung mit Kesselstruktur als Systemgrenze fur den Wirkungsgrad

ti=Qh=Qzu^v = 1_ = 1__Qv_ (2.114)

Qzu Qzu Qzu mBHu

geschrieben werden. Dabei haben wir als Systemgrenze die Kesselstruktur zugrunde gelegt. Aufierdem wurde unterstellt, dafi das Abgas eine Tempe – ratur oberhalb des zugehorigen Taupunkts besitzt (keine Kondensation der dampfformigen Bestandteile). Dementsprechend ist die zugefiihrte Warmeleistung proportional zum zugefuhrten Brennstoffmassenstrom тв und dem unteren Heizwert Hu. Im Idealfall Qv 0 ergibt sich der maximale Wirkungsgrad Timax = 1.

Wir wollen bei dieser Gelegenheit zeigen, dafi der Wirkungsgrad immer von der jeweils gewahlten Systemgrenze abhangig ist. Dazu betrachten wir dieselbe Heizung wie in Bild 55, jedoch jetzt mit der Gebaudestruktur als Systemgrenze (Bild 56).

Bild 56 Fossilheizung mit Gebaudestruktur als Systemgrenze

Da sich das Abgas zwischen Kessel und Kaminaustritt abkiihlt und somit der das Haus mitheizende Energieanteil/Zeit AQh jetzt als Nutzen er – scheint, ergibt sich in diesem Fall

Qh + AQh = Qzu – (Qv – AQh) Qzu Qzu

Fossilheizung
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Подпись: (2.115)

(i A) +

Qzu Qzu

ein um den Anteil AQh/Qzu erhohter Wirkungsgrad, obwohl die betrachtete Heizung in beiden Fallen identisch ist. Offensichtlich ist der Wirkungsgrad keineswegs eine rein objektive Grofie. So ware es auch falsch, allein anhand des schlechten Wirkungsgrads auf die Sinnlosigkeit von Aufwindkraftwerken zu schliefien, denn die Beriicksichtigung des meteorologischen Riickfuhrprozesses bei Wasserkraftwerken (vergrofierte Systemgrenze) wiirde auf ebenso kleine Wirkungsgrade fiihren.

Die heute erreichbaren Wirkungsgrade von fossil betriebenen Heizungen liegen im Bereich zwischen (90 . . . 95 %). Eine Moglichkeit, die Abgas – verluste noch weiter zu reduzieren, wird mit Brennwertkesseln erreicht. Hierbei liegen die Abgastemperaturen unterhalb des zugehorigen Tau – punkts, so daB durch Kondensation die in den dampfformigen Bestand – teilen steckende Energie zusatzlich nutzbar gemacht werden kann. Allerdings werden hierbei saurefeste Kamine benotigt und das saure Kondensat (pH-Wert) ist zu entsorgen.

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Wie bereits im Abschn. 2Л.6 liber Solarkollektoren angekiindigt, wollen wir jetzt die Idee von Niedertemperaturheizungen mit Umwalzpumpe eingehender erlautern und damit auch die Verteilung der Heizleistung Qh (Bild 54) im Gebaude detaillierter betrachten. Grundlage hierfiir ist die in Bild 57 dargestellte Situation.

Die vom Kessel in das Verteilersystem eingespeiste Heizleistung Qh soil moglichst vollstandig am Heizkorper verfiigbar sein. Auf dem Weg zum Heizkorper (Vorlauf) und zuriick zum Kessel (Riicklauf) entstehen aber Warmeverluste, die proportional zum jeweils lokal vorliegenden Tempe – raturgefalle T(x) – T0(x) zwischen der lokalen Temperatur T(x) des Wassers in der Rohrleitung und der zugehorigen Umgebungstemperatur T0(x) sind. Diese Warmeverluste Qv lassen sich um so starker reduzieren, je geringer die Differenz T(x) – T0(x) langs der Rohrleitung gemacht wird. Deshalb arbeitet man mit einer moglichst geringen Vorlaufstemperatur Tmax = T(0). Um dennoch die gewiinschte Nutzheizleistung realisieren zu konnen, mufi eine Umwalzpumpe installiert werden, die fiir einen entsprechend grofien Massenstrom rh sorgt. Wir verstehen dies un – mittelbar durch Anschreiben der globalen Energiegleichung fiir das betrachtete Warmeverteilungssystem:

Auch bei einem abgesenkten Tempera turniveau la fit sich eine gewunschte Nutzheizleistung immer erreichen, wenn nur der Massenstrom m entsprechend gesteigert wird, denn allein das Produkt m (Tmax – Tmin) ist entscheidend. Der negative Effekt der Massenstromerhohung auf den Warmeverlust Qv ist unwesentlich, da dieser insgesamt luftseitig bestimmt wird und aufierdem bei Verkleinerung der Rohrdurchmesser noch die warmetauschende Flache reduziert werden kann. Wichtig ist dagegen, dafi sich trotz der zusatzlich erforderlichen Pumpenleistung der Wirkungsgrad tatsachlich steigern lafit. Unterstellen wir eine elektrisch angetriebene Pumpe, kann fur den Wirkungsgrad

Подпись: (2.117)_ Qn _ Qh-Qv _ – Qv/Qh Qh + Pei Qh +Pei l + Pel/QH

geschrieben werden. Aus unseren vorangegangenen Uberlegungen wissen wir aber, dafi wegen der Skalierung H/H* «< 1 stets auchPei/QH 1 gilt. Die im Nenner stehende Pumpenleistung Pei kann also vernach – lassigt werden[9], so dafi letztlich durch Senkung des betrieblichen Temperaturniveaus (Niedertemperatursysteme) und der damit verbunde – nen Reduzierung der Warmeverluste/Zeit der Wirkungsgrad verbessert wird. Wir haben hier also die bemerkenswerte Situation, dafi in der Tat durch Einsatz von Strom der Primarenergieverbrauch gesenkt werden kann.

Bleibt noch anzumerken, dafi im Fall der Warmekraft zusatzlich der jeweilige Kesselwirkungsgrad zu berucksichtigen ist, der letztlich die Umwandlung von chemischer in thermische Energie beschreibt. Dieses Detail wurde in Abschn. 2.1.4 iibergangen, da diese Energieumsetzung (Energiehierarchie, Bild 6) eben nahezu vollstandig moglich ist.

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