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Abgasverlust

Der Abgasverlust eines Heizkessels ist der (meist in Prozent ausgedrückte) Anteil der erzeugten Wärme, die über das Abgas in den Schornstein gelangt und damit in der Regel verloren ist.

Die direkte Messung der erzeugten und verlorenen Wärmemengen ist nicht praktikabel. Deswegen wird der Abgasverlust rechnerisch (mit der Siegertschen Formel) ermittelt aus der Abgastemperatur, der Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft (meistens gleich der Raumtemperatur ) und dem Sauerstoffgehalt (oder alternativ dem CO₂-Gehalt), die während eines längeren Brennerbetriebs gemessenen werden. Beispielsweise errechnet sich bei einem Ölkessel, bei dem die Abgasmessung eine Abgastemperatur von 180 °C bei einer Raumtemperatur von 15 °C und ein Sauerstoffgehalt von 4 % ergab, ein Abgasverlust von 6 %.

Offenkundig zeigt eine hohe Abgastemperatur an, dass viel Wärme verloren geht. Es ist aber auch der Restsauerstoffgehalt relevant: Ist er hoch (durch einen Überschuss an zugeführter Verbrennungsluft), so wird die Menge des Abgases entsprechend erhöht. Dieser Effekt ist natürlich besonders bei hohen Abgastemperaturen wichtig.

Bei konventionellen Gas- und Ölheizungen liegt der Abgasverlust heute meist zwischen 5 % und 10 %; mit einem Brennwertkessel kann es auch deutlich weniger sein (z. B. 2 %). Ein Abgasverlust von 10 % entspricht der in Deutschland erlaubten Grenze (auch für alte Anlagen) bei Kesselleistungen zwischen 25 kW und 50 kW (bei Heizöl und Erdgas) [1].

Abgasverluste und Energieeffizienz

Während des Brennerbetriebs (meist bei Volllast) ist der Abgasverlust der deutlich dominierende Verlustweg, also deutlich größer als die Wärmeabstrahlung des Kessels in den Heizkeller. Deswegen bedeutet ein Abgasverlust von z. B. 10 %, dass der Wirkungsgrad des Kessels bei annähernd 90 % liegt. Man beachte aber, dass in dieser Betrachtung wichtige Umstände fehlen:

• Zunächst einmal wird die erzeugte Wärme über den Heizwert des Brennstoffs (z. B. Heizöl, Erdgas oder Holzpellets) definiert und nicht über den höheren Brennwert. Der Unterschied zwischen beiden Größen entsteht durch die Kondensationswärme des Wasserdampfs im Abgas. Diese kann nur genutzt werden, wenn das Abgas im Kessel sehr stark abgekühlt wird – dies ist nur in Brennwertkesseln der Fall. Der ermittelte Abgasverlust berücksichtigt nur die sensible Wärme, unterschlägt also bei einem nicht kondensierenden Heizkessel den Umstand, dass durch die nicht erfolgte Kondensation zusätzliche latente Wärme verloren geht (latenter Abgasverlust).
• In der Praxis wird einem Heizkessel nur an wenigen Tagen im Jahr annähernd die volle Leistung abverlangt; bei Überdimensionierung sogar nie für längere Zeit. Dann entstehen aber auch in den Stillstandszeiten (solange der Kessel trotzdem warm ist) Wärmeverluste. Eine Ursache hierfür sind Verluste durch den Kaminzug: Wenn der Kessel bei Stillstand des Brenners nicht dicht verschlossen wird (z. B. durch eine wirksame Abgasklappe), wird durch den Kaminzug kalte Luft durch den Kessel in den Schornstein gesaugt, die dem Kessel dabei Wärme entzieht. (Dieser Effekt ist im ermittelten Abgasverlust nicht enthalten.) Zusätzlich gibt es eine Wärmeabgabe in den Heizraum, die zwar einer im Vergleich zur Maximalleistung geringen Leistung entspricht, bei geringer Auslastung des Kessels aber für den Jahresverbrauch trotzdem eine erhebliche Rolle spielt. Der Jahresnutzungsgrad des Kessels fällt deswegen auch dann, wenn er nicht auf den Brennwert bezogen wird, erheblich geringer aus, als man allein vom ermittelten Abgasverlust her erwarten würde.

Es ist somit klar, dass die Energieeffizienz eines Heizkessels nicht allein durch die Abgasverluste beurteilt werden kann, obwohl dies für ständige Volllast annähernd korrekt wäre. Die Bereitschaftsverluste können über das Jahr wesentlich bedeutender werden als die Abgasverluste.

Reduktion der Abgasverluste

Möglichst geringe Abgasverluste erreicht man vor allem dadurch, dass man die Wärmeübertragerflächen im Heizkessel für die jeweilige Kesselleistung großzügig auslegt, um die Abgastemperatur zu reduzieren. Bei einem herkömmlichen gemauerten Schornstein darf die Abgastemperatur aber nicht allzu weit abgesenkt werden, da sonst eine Versottung droht. Die Energieeffizienz wird in diesem Falle also durch den Schornstein begrenzt und nicht nur durch die Technik im Heizkeller. Bei Verwendung eines Brennwertkessels, der sehr niedrige Abgastemperaturen von teils unter 50 °C erreicht, wird in der Regel ein feuchtebeständiges Abgasrohr (z. B. aus Kunststoff) im Schornstein verwendet, so dass eine Versottung unmöglich ist.

Der zweite Parameter – wichtig vor allem bei hohen Abgastemperaturen – ist der Restsauerstoffgehalt. Der Überschuss an Verbrennungsluft soll möglichst klein sein, um die Abgasmenge zu minimieren. Allerdings ist ein gewisser Sauerstoffüberschuss nötig, um eine vollständige Verbrennung zu erzielen. Dies trifft insbesondere auf Holzkessel zu, da es dort nicht möglich ist, die Verbrennungsluft an allen Stellen optimal dosiert zuzuführen. Da für Holzkessel gleichzeitig auch nicht sehr niedrige Abgastemperaturen möglich sind (wegen sonst starker Verschmutzung des Kessels), ergeben sich zwangsläufig relativ hohe Abgasverluste.

Siehe auch: Abgas, Abgastemperatur, Jahresnutzungsgrad, Heizkessel, Brennwertkessel, Bereitschaftsverluste