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Den Wirkungsgrad von Heizkesseln berechnen
Der Wirkungsgrad beschreibt die Effizienz von Geräten oder technischen Prozessen. So definiert er grundsätzlich das Verhältnis aus nutzbarer und aufgebrachter Energie. Unterscheiden sich beide Werte kaum voneinander, arbeitet ein Gerät oder ein Prozess ohne nennenswerte Verluste. Die Effizienz ist demzufolge hoch. Wir erklären, wie der Wirkungsgrad am Heizkessel definiert ist und auf welche Arten er sich berechnen lässt.
Die Themen im Überblick
Den Wirkungsgrad eines Heizkessels bestimmen
Geht es um den Wirkungsgrad eines Heizkessels, unterscheiden Experten den Kessselwirkungsgrad und den feuerungstechnischen Wirkungsgrad. In den folgenden Abschnitten erklären wir, was beide kennzeichnet und in welchem Verhältnis die Werte zueinander stehen.
Feuerungstechnischer Wirkungsgrad von Heizkesseln
Der feuerungstechnische Wirkungsgrad beschreibt die Effizienz eines Wärmeerzeugers unter Berücksichtigung der Abgaswärmeverluste. Er ist dabei hoch, wenn ein Kessel wenig Wärme über die Abgase verliert. Wer den feuerungstechnischen Wirkungsgrad berechnen möchte, subtrahiert den Abgasverlust von 100 Prozent. Der Wärmeverlust über die Abgase ist dabei von der Zusammensetzung der Rauchgase abhängig. Er lässt sich über eine CO2- oder eine O2-Messung bestimmen. Wichtig zu wissen ist, dass die dimensionslose Kennzahl (eine Einheit gibt es nicht) Strahlungsverluste, die vom Kessel selbst ausgehen, nicht berücksichtigt.
Kesselwirkungsgrad im Dauerbetrieb eines Wärmeerzeugers
Der Kesselwirkungsgrad lässt sich aus dem Verhältnis von abgegebener Heizleistung zu zugeführter Brennstoffenergie ermitteln. Er berücksichtigt somit alle Verluste, die zwischen Brenner und Heizungsanlage auftreten. Neben der Energie, die mit den Abgasen entweicht, sind das unter anderem auch Strahlungsverluste vom Kessel an seinen Aufenthaltsraum. Bei einem Vergleich fällt der Kesselwirkungsgrad daher immer geringer aus als der feuerungstechnische. Da Experten die Kennziffer jedoch nur bei Nennleistung ermitteln können, gibt das Ergebnis wenig Auskunft über die ganzheitliche Effizienz von Heizungsanlagen. Diese hängt vor allem auch vom Verhalten in Übergangszeiten vor und nach der Heizperiode ab. Denn dann benötigen Häuser nur einen kleinen Teil der maximal möglichen Kesselleistung.
Heizwert und Brennwert bei der Wirkungsgradberechnung
Viele Hersteller versprechen Kesselwirkungsgrade von mehr als 100 Prozent. Das würde bedeuten, dass eine Heizung mehr Energie abgibt, als sie über die Brennstoffe aufnimmt. Technisch ist das unmöglich. Grund für die irreführenden Zahlen ist die Vermischung von Heiz- und Brennwert. Während der Heizwert den Energieinhalt von Brennstoffen ohne die Nutzung verborgener Wärme im Abgas beschreibt, geht der Brennwert weiter. Denn er berücksichtigt auch Energie, die bei der Kondensation von Wasser im Abgas frei wird. Berechnen Experten den Wirkungsgrad von Heizkesseln mit dem Heizwert der zugeführten Brennstoffe, liegen die Ergebnisse also fälschlicherweise über 100 Prozent. Vor allem dann, wenn es sich um eine Öl- oder Gasbrennwertheizung handelt. Denn diese ist in der Regel so ausgelegt, dass möglichst viel Wasserdampf im Abgas kondensiert.
Jahres- und Normnutzungsgrad als Kennzeichen der Effizienz
Während der Wirkungsgrad eines Heizkessels nur eine Momentaufnahme darstellt, vergleichen Experten auch den Jahres- oder den Normnutzungsgrad. Auf diese Weise lässt sich die reale Effizienz einer Heizungsanlage bestimmen und mit Ergebnissen anderer vergleichen.
Jahresnutzungsgrad: Verhältnis aus ab- und zugeführter Wärme
Wer den Wirkungsgrad berechnen möchte, kann also auch auf den Jahresnutzungsgrad setzen. Dieser basiert auf dem Verhältnis der abgeführten und der zugeführten Wärmemenge in Kilowattstunden. Übrigens: Der Wirkungsgrad vom Heizkessel setzt auf das Verhältnis zweier Leistungen. Angeben lassen sich diese in Kilowatt.
Für ein Beispiel messen Hausbesitzer den Ölverbrauch und die von der Heizung abgegebene Wärmemenge. Liegt der Verbrauch bei 3.000 Litern (etwa 30.000 Kilowattstunden) und die abgegebene Wärmemenge bei 25.000 Kilowattstunden, beträgt der Quotient 0,833. Der Jahresnutzungsgrad ist dabei 83,3 Prozent.
Normnutzungsgrad für Kessel mit modulierenden Brennern
Viele Wärmeerzeuger arbeiten heute modulierend. Dabei kann der Brenner seine Leistung in gewissen Bereichen an den Bedarf im Haus anpassen. Der Wirkungsgrad der verschiedenen Leistungsstufen kann sich dabei jedoch unterscheiden. Um das in einer Kennzahl abbilden zu können, untersuchen Experten den Kessel auf dem Prüfstand. Hier messen sie den Wirkungsgrad in unterschiedlichen Teillaststufen und ermitteln aus den Ergebnissen den Normnutzungsgrad. Die Fachleute ziehen dabei Ergebnisse aus den Teillaststufen 12,8 Prozent, 30,3 Prozent, 38,8 Prozent, 47,6 Prozent und 62,6 Prozent heran. Da sich der Normnutzungsgrad nur auf dem Prüfstand berechnen lässt, eignet er sich zum Vergleich verschiedener Heizkessel. Wer hingegen die Wirtschaftlichkeit einer realen Anlage bestimmen möchte, muss den Jahresnutzungsgrad ermitteln.
Fazit von Alexander Rosenkranz
Der Wirkungsgrad ist eine Kennziffer für die Effizienz von Geräten oder Prozessen. Er ergibt sich in der Regel aus dem Verhältnis von nutzbarer zu zugeführter Energie und lässt sich als dimensionslose Kennzahl in Prozent angeben. Ist das Ergebnis hoch, verliert ein Gerät oder ein Prozess wenig Energie. Es arbeitet also effizient. In der Heizungstechnik unterscheidet man den feuerungstechnischen Wirkungsgrad, den Kesselwirkungsgrad, den Jahresnutzungsgrad und den Normnutzungsgrad. Während die ersten beiden Kenngrößen nur eine Momentaufnahme darstellen, ermöglichen Jahres- und Normnutzungsgrad die Bewertung der Effizienz über längere Zeiträume – meist ein Jahr.
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