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Energieverbrauch eines Einfamilienhauses


Gasheizung, Umstellung auf Brennwert-Therme

Technische Daten
Ergebnisse
Fazit
Tages- und Jahresverbrauch
Hydraulischer Abgleich der Heizkörper

Lange Brennzeiten
Probleme mit der Regelung
    Analyse des Fehlers
    Lösung der Probleme

Winterbetrieb mit Solareinstrahlung

Nachtabsenkung
Elektrischer Energieverbrauch einer Gastherme
Bestimmung der Leistung aus dem Gasverbrauch, Brennwert, Kondensatmenge




Je besser ein Haus oder eine Wohnung isoliert ist,
um so weniger lohnt es sich aus finanziellen Gründen,
in teure Energiespartechnik der Heizung zu investieren.

Bei Heizkosten von 1000 Euro im Jahr und
einer jährlichen Einsparung von 5 %  (50 Euro)
durch eine technische "Verbesserung"
darf diese insgesamt nicht mehr als 500 Euro kosten,
wenn sie sich in 10 Jahren rechnen soll.
(Zinsen nicht gerechnet.)





Technische Daten

Standort: Oberharz, 560 m NN, rauhes Klima

beheizte Fläche ca. 150 m², Baujahr 1982, 2 Personen,

Gasheizung:
zunächst  CTC-Kombikessel (Holz und Gas) 1982 bis 2005, Gebläsebrenner, Jahresverbrauch 3000 m³ Gas

danach
Brennwert-Therme, Baujahr 2005/2006,
Heizleistung moduliert von 100% bis 25%,  Nennleistung bei 100 %  rund 18 kW, Minimalleistung rund 4,5 kW.

Jahresverbrauch ca. 1500 m³ Erdgas mit Brennwert 9 kWh/m³,  Brennwert
d.h. rund 13500 kWh also etwa 90 kWh (Brennwert) pro Quadratmeter und Jahr

Erweiterung:
seit Mai 2006 Unterstützung durch thermische Solarkollektoren, 12 m², Speicher 850 l
Ausrichtung des Daches: SWS, Dachneigung 38°,  solar-1.htm
zusätzlich Kellergeschoß mit 8 cm Mineralwolle isoliert.

im Sommer 2006 (Juni-Oktober) zusätzlich mit Holz geheizt, (alter CTC-Kombikessel)

Einsparung durch Modernisierung und Investition:  rund 50% beim Gasverbrauch
 

Ergebnisse

  1. Die Umstellung erfolgte von einer Anlage mit 250 Liter Wasserinhalt auf eine sogenannte Kleinwasseranlage.
    Wegen des hier sehr geringen Wasserinhalts von wenigen Litern erhöht sich die Wassertemperatur unmittelbar nach Brennerstart um mehrere Grad. Bei einem Wasserdurchfluß von 1/4 Liter pro Sekunde sind es rund 1 Grad Erhöhung pro kW Leistung, z.B. bei 15 kW demnach 15 Grad. Bei dem großen Wasserinhalt einer herkömmlichen Anlage ist das Brennen oder Nichtbrennen der Gasflamme an der Heizkörpertemperatur kaum zu bemerken, während bei der Kleinwasseranlage die Brennerflamme eine große Temperaturdifferenz verursacht.
    Wenn dann zusätzlich noch die gelieferte Wärmemenge größer als die angeforderte ist, dann kommt es zwangsweise in kurzer Zeit zu peridischen Abschaltungen des Brenners und damit verbunden zu großen regelmäßigen Schwankungen der Heizkörper-Vorlauftemperatur.
    Mit einer Wärmebildkamera betrachtet, sieht dann der Heizkörper fleckig aus, da er permanent im Wechsel mit kälterem bzw. mit wärmerem Wasser durchströmt wird.
    Man kann als Abhilfe
    • die im Umlauf befindliche Wassermenge beispielsweise durch ein Puffergefäß,
    • den Durchfluß durch Erhöhen der Pumpenleistung  und Öffnen eines Bypasses vergrößern oder
    • den Heizkörperthermostaten ihre Regelfunktion nehmen und sie weit öffnen.
      Erhöhte Pumpenleistung verursacht aber zusätzliche Geräusche und höhere Betriebskosten.

  2. Die Meßdaten der mittleren Tages-Leistung (für Heizung und Warmwasser) zeigen, daß sich das Haus innerhalb der beobachteten drei Winter mit einer maximalen Dauerleistung von rund 6 kW ausreichend beheizen läßt (Abb. 01).

  3. Innerhalb einer winterlichen Heizperiode (November bis April) gibt es eine große Anzahl von Tagen, bei denen die mittlere Dauerleistung im Bereich zwischen 2 und 5 kW liegt (Abb. 01).

  4. Nach Einbau des Heizwasserspeichers von 850 l für die Solaranlage hätte es möglich sein sollen, die Heizung ohne Komforteinbußen viele Stunden mit diesen kleinen Leistungen im Dauerbetrieb heizen zu lassen (geringe Schadstoffe, hoher Brennwertnutzen). Jedoch liegt die Minimalleistung des Gerätes immer noch über dem mittleren Wärmebedarf, was somit zum Takten des Brenners führt (Abb. 06).

  5. Leider sind Regelung oder Konstruktion speziell dieser Bauart der Gastherme nicht für einen Pufferspeicher ausgelegt.
    Wenn die durchfließende Wassermenge nämlich so eingestellt wird, daß bei kleinster Leistung etwa 10 Grad Temperaturunterschied zwischen Vor- und Rücklauf entstehen, um den Speicher nicht zu durchmischen, gibt es häufig übermäßig viele Taktungen (Startversuche mit Abbrüchen) (Abb. 07).  (10 Grad Temperaturdifferenz sind ein klassisches Auslegungsbeispiel für Heizkörper und daher keine Besonderheit (Abb. 05))

    Einen einstellbaren Parameter in der Brennerüberwachung wie "Mindestlaufzeit = 60 Sekunden" (bis zur Überwindung der erhöhten Starttemperaturen) sucht man bei diesem Gerät vergeblich. Damit hätte sich das Problem auf einfache Weise beheben lassen.

    Aber durch Probieren konnte das Problem inzwischen gelöst werden:
    • Ein mechanischer Thermostat wirkt als Begrenzer der Rücklauftemperatur und verhindert Starts bei zu warmem Rücklauf. Ein zweiter mechanischer Thermostat am Speicher im Bereich des Heizungsvorlaufes schaltet den Gasbrenner bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur ab. Die Therme wird damit über eine Zusatzschaltung, eine "externe Erweiterung" ferngesteuert.
    • Ein konstanter Widerstand ersetzt den Außentemperaturfühler und sorgt somit für definierte Bedingungen, d.h. die Heizung arbeitet witterungsunabhängig immer mit gleichen Bedingungen.
      (Möglich, da ganzjährig eine niedrige Vorlauftemperatur ausreicht. Ein Gerät mit weniger "Intelligenz" hätte also auch ausgereicht.)
    Nach dem "Rückbau" der Regelung und "Fernsteuerung" mit diesen drei einfachen Bauelementen arbeitet das System nun seit über zwei Jahren einwandfrei. Der Startzähler zeigt 5735 Starts bei 8623 Betriebsstunden an. Die mittlere Brennerzeit beträgt damit 1,5 Stunden.

  6. Nach Austausch des bisherigen Kombikessels (Gas und Feststoff) durch eine Brennwert-Therme ist der Gasverbrauch von 3000m³/Jahr (10-Jahresmittel) auf zunächst 1600m³/Jahr gesunken (Abb. 02 und 03).
    Die Messungen des schlechten Wirkungsgrades beim alten Kessel wurden damit bestätigt. Badewannentest

  7. Nach Erweiterung mit einer thermischen Solaranlage und Verbesserung der Isolierung ist der Verbrauch auf rund 1200m³/Jahr weiter gefallen (Abb. 03). Der Wärmeverbrauch des Hauses ist nun reduziert. Allerdings hat sich damit die Anzahl der Brennerstarts vergrößert, weil die Minimalleistung des Brenners oft zu groß ist, so daß dieser häufiger nach Erreichen der Solltemperatur abschalten muß.

  8. Bei einem gut isolierten Haus ist eine Nachabsenkung unnötig, da die geringe Einsparung in der Nacht mit einem schlechteren Brennwertfaktor und weiteren Nachteilen erkauft wird. Auch das Nachführen der Vorlauftemperatur passend zur Aussentemperatur ist bei guter Einstellung der Thermostatventile und Abschaltung der Anlage bei Überschreiten einer gewissen Grenze für die Raumtemperatur an einer zentralen Stelle nicht nötig.

  9. Damit bei optimal niedriger Vorlauftemperatur ausreichend geheizt werden kann, ist ein hydraulischer Abgleich der Heizwasserströme zwingend erforderlich: Hierzu ist an jedem Heizkörperventil der maximale Durchfluß gemäß der nominellen Leistung des Heizkörpers zu begrenzen. (Abb. 05)

  10. Manche Kleinwasseranlagen sind schlecht isoliert. Bei einer Aufstellung im bisher wenig geheizten Dachgeschoß ist es ratsam, auch die Rohrleitungen im Gerätegehäuse zusätzlich zu isolieren, um einige 100 Watt Verlustleistung zu vermeiden. Je besser das Haus isoliert ist, um so schädlicher sind kleine aber konstante Verluste an der Therme.

  11. Durch den Einbau des Speichers ist die Aufheizung des Brauchwassers unproblematisch geworden. Denn es gibt keine unangenehme (oder sogar bei starkem Frots für die Leitungen teilweise gefährliche) Abschaltung der Heizleistung bei den Heizkörpern für längere Zeit, während die Therme vorrangig das Brauchwasser erwärmt.

Fazit

Die Umstellung auf eine Kleinwasseranlage mit Brennwert-Technik (Ausnutzung der Kondensationswärme im Abgas) bringt
  • einerseits Vorteile: geringer Raumbedarf, kein großer Schornstein erforderlich
  • aber auch Nachteile: Regelverhalten ungenügend, weniger Komfort bezüglich Heizkörpertemperatur, durch Einbau eines Speichers lassen sich diese Nachteile beheben. Bei dem Gerät dieses Herstellers jedoch hilft der Zusatzspeicher nur, wenn man zusätzlich die elektronische Regelung des Gerätes durch passive Zusatzteile außer Betrieb setzt.
Die vom Hersteller vorgeschlagene Erhöhung des Durchflußes (Pumpendrehzahl) hilft nicht weiter, denn sie steigert die Betriebskosten, wodurch der Vorteil der Brennwert-Nutzung verloren geht:
Bei 10% Gewinn durch Ausnutzung des Brennwertes anstatt nur des Heizwertes stehen erhöhte Energiekosten für den Antrieb der Pumpe gegenüber. Abschätzung: Bei Gaskosten von rund 1000 Euro im Jahr sind dies etwa 100 Euro Gewinn gegenüber 100 Watt * 1/2 Jahr entsprechend rund 100 Euro.
Das permanente Öffnen der Thermostatventile ist auch keine gute Lösung zur Erhöhung des Durchflußes.



Dimensionierung der Anlage
Wie die Beobachtungen gezeigt haben, müßte sich bei diesem Haus die Heizleistung bis auf etwa 1 kW herunterregeln lassen, damit der Brenner an vielen Tagen der Heizperiode kontinuierlich laufen kann. Da die meisten Hersteller aber eine Minimalleistung von rund 4 bis 5 kW anbieten, gibt es bis auf eine Ausnahme (Modulation 1 bis 10 kW) zur Zeit (2007) keine passende Anlage auf dem Markt. Offensichtlich ist hier noch eine fast unbemerkte Marktlücke, denn Häuser oder Wohnungen mit Jahresverbrauch von 1500 m³ Gas gibt es sicher genug in Deutschland.

Die hier vorliegende Kleinwasseranlage ist ohne Pufferspeicher vom Wohlfühlkomfort schlechter als ein herkömmlicher Heizkessel mit großem Wasserinhalt. Wie sich darüberhinaus noch gezeigt hat, beseitigt ein zusätzlicher Pufferspeicher zwar das eine Problem, schafft aber wegen geringerer Abkühlgeschwindigkeit speziell bei dieser Anlage ein anderes mit unerwünschtem Startverhalten.

Marktbedarf: Überwachung einer optimalen Einstellung
Hier besteht für Industrie und Handwerk ein starker Handlungsbedarf. Fast alle, sogar die Politiker, reden mittlerweile von Energieeffizienz. Aber nur wenige Heizungsanlagen unterliegen einer Überwachung bezüglich optimaler Einstellung.
Die bisherige Haltung "bloß nicht frieren"  oder "laut Schornsteinfeger sind die Abgaswerte innerhalb der Toleranz" führt leider immer noch zu überdimensionierten Anlagen beziehungsweise zum Weiterbetrieb alter Anlagen oder zu schlecht optimierten modernen Brennwertanlagen.

Regelmäßiges Takten einer Brennwert-Anlage im Drei-Minuten-Abstand mit Brennerstart bei zunächst fast voller Leistung kann nicht als technologischer Gewinn für die Umwelt angesehen werden.

Einfache Ziele zur Überwachung des Regelverhaltens, die ein Energieberater aussagekräftig interpretieren kann:
 
  • Auswertung der Angaben: Anzahl der Brennerstarts pro Brennerstunde
  • Protokollierung der Meßdaten mit Auswertung über einen Zeitraum von einem Herbst- plus Wintermonat (Datenlogger)

Nur so wird man mit der viel gelobten Brennwert-Technik optimale Wirtschaftlichkeit und Schonung der Umwelt erreichen.

Die bisherige Entwicklung von Kleinwasseranlagen mit unzureichender Minimalleistung ist zu überdenken!





Tages- und Jahresverbrauch

energieverbrauchsiebenstern-gas-mittel.jpg
Abb. 01: Aus dem täglichen Gasverbrauch errechnete mittlere Leistung im Zeitraum
von September 2005  (Juni/06-Oktober/06 nur mit Holz geheizt)
Es reicht eine mittlere Leistung von weniger als 6 KW aus.
 (FB)
 
energieverbrauchsiebenstern-gassumme.jpg
Abb. 02: Gasverbrauch, Zählerstand Gasuhr, im Zeitraum
von September 2005 bis Juni 2010 (Juni/06-Oktober/06 nur mit Holz geheizt) (FB)

energieverbrauchsiebenstern-gas-trend.jpg
Abb. 03:Gasverbrauch, gemittelt über 365 Tage von Juli 2006 bis Juni 2010.
Neuer Heizkessel, bessere Isolierung, Solarkollektor und milder Winter lassen den Jahresverbrauch von zunächst 3000 m³ auf rund 1200 m³ sinken. Anschließend liegt er bei 1600 m³ (FB)
energieverbrauchsiebenstern-gasjahr.jpg
Abb. 04: Gesamtüberblick Gasverbrauch, gemittelt über 365 Tage, in den Jahren 1984 bis 1991 wurde verstärkt mit Holz geheizt. 2005 erfolgte die Umstellung auf Brennwert-Therme. Der Verbrauch reduziert sich beträchtlich. (FB)


Hydraulischer Abgleich der Heizkörper

Der benötigte Durchfluß beträgt etwa 1/4 Liter Wasser, bei einer Leistung von rund 10 KW.
Vorlauf = 55 Grad, Rücklauf 45 Grad.
Selbst an kalten Wintertagen reicht etwa die halbe Leistung aus, die die Heizkörper auch bei niedrigeren Vorlauftemperaturen von etwa 45 Grad abgeben können.

heizkoerper
Abb. 05:Heizkörper, Größe und Leistung (schwarz) und Durchfluß (blau),
untere Zeile rechts:  Gesamtdurchflußmenge bei 9,7 kW: 231 cm³/s, also rund 1/4 Liter pro Sekunde,
die Daten gelten bei 20 Grad Raumtemperatur für eine Vorlauf-Rücklauf-Differenz am Heizkörper von (55-45)  = 10 Grad  (ausgelegt für Heizköper Fa.Buderus) (FB)

ir_0116.jpg      ir_0118.jpg

      
                                                      ir_0106.jpg
Abb. 05a: Hydraulischer Abgleich. Der maximale Durchfluß der Thermostatventile auf einen niedrigen Wert eingestellt.
Die Wärmebildkamera zeigt die Temperaturverteilung in zwei Heizkörpern. Es gibt einen deutlichen Unterschied zwischen der Vor- und der Rücklauftemperatur.
Die Heizkörper werden mit etwas über 40° Wasser versorgt. Diese Temperatur ist bei diesem Haus selbst im kältesten Winter ausreichend.
Beim unteren Bild ist der Durchfluß geringer. Es wird nur der obere Teil des Heizkörpers erwärmt.
Das Rohr für den Rücklauf ist nur schwach (grün) sichtbar.
(FB)




Lange Brennzeiten, möglich durch den großen Pufferspeicher

taktung1
Abb. 06:  Zeitlicher Verlauf der Temperaturen bei einem Wassersystem mit großem Pufferspeicher,Taktung des Brenners mit Brennzeiten von mehr als zwei Stunden,
gelb: Vorlauf, grün: Rücklauf,
rot/blau (oben) Temperatur eines externen Brauchwasserspeichers,
rot (unten): Aussentemperatur ca. minus 6 Grad.
Nach erfolgreichem Brennerstart beträgt die Temperaturspreizung etwa 10 Grad und entspricht somit den Auslegungen für die Heizkörper.  Die Zeiten zwischen Brennerlauf und -pause sind ungefähr wie drei zu eins, so daß in diesem Fall von rund 75% Wärmebedarf bezogen auf die tatsächliche Brennerleistung auszugehen ist. (FB)


Probleme mit der Regelung

taktung1
Abb. 07:  Häufige Taktung des Brenners etwa alle 6 Minuten mit Abbruch unmittelbar nach dem Start, gelb: Vorlauf, grün: Rücklauf,
rot/blau (oben) Temperatur eines externen Brauchwasserspeichers,
rot (unten) Aussentemperatur ca. plus 6 Grad.
Die Außentemperatur ist höher als im vorigen Bild. Die Zeiten zwischen Brennerlauf und -pause sind ungefähr gleich, so daß in diesem Fall von rund 50% Wärmebedarf bezogen auf die tatsächliche Brennerleistung auszugehen ist.
Der hier benutzte Temperatursensor für die Vorlauftemperatur ist etwas träge, so daß kurzzeitige Temperaturänderungen, beispielsweise bei den abgebrochenen Brennerstarts, nicht in voller Höhe erscheinen, weil sie gemittelt werden. (FB)


Analyse des Fehlers der Regelung

abbruch-taktung
Abb. 08: Beispiel für Regelprobleme beim Brennerstart einer ähnlichen Anlage wie im vorigen Bild.
Aufgetragen ist der zeitliche Verlauf der Vorlauftemperatur (mit einem flinken Sensor direkt am Wärmeerzeuger gemessen) zwischen zwei erfolgreichen Brennerstarts.
Zunächst erfolgt (13:30 bis 14:30) eine korrekte Aufheizung des Wassers bis zur vorgegebenen Schaltschwelle (rot, gestrichelt).
Nach der Abkühlung (14:30 bis 15:45, bis etwa Mitte des Bildes) treten beim erneuten Brennerstart Probleme auf: Beim Start liefert der Brenner zunächst für rund 10 Sekunden nahezu volle Leistung und damit eine hohe Temperatur (Bildausschnitt), um danach in den nächsten rund 15 Sekunden auf die geforderte Leistung herunterzuregeln.
Bei nicht optimaler Einstellung der Regelparameter (Geräte-Hersteller) kommt es innerhalb dieser Phase zu Startabbrüchen (wie hier 12 Stück), wenn die Wassertemperatur -bedingt durch die hohe Heizleistung- die vorgegebene Schaltschwelle überschreitet. Erst beim 13. Startversuch bleibt wegen der zwischenzeitlichen weiteren Abkühlung die Temperatur unterhalb der roten gestrichelten Linie und der Brenner kann erfolgreich auf seine Minimalleistung herunterregeln. Da hierbei die Temperaturen unterhalb gefährlicher Werte bleiben, könnte beispielsweise ein Parameter wie "Mindestlaufzeit" dieses nervöse Verhalten unterdrücken. Ab 16:45 erfolgreicher Start mit Aufheizen bis 17:40. (FB)



Lösung für die Regelprobleme

sonne-2008-01-16-differenz.jpg
Abb. 09: Temperaturkurven gegen die Tageszeit am 16.1.08,  ab 18:00 beginnt die Aufheizphase für das warme Wasser, dazu sind dann Leistung und Temperatursollwert der Therme erhöht.

Problemlösung: Nach Einbau einer Begrenzung für die Temperatur des zur Gastherme rücklaufenden Wassers sind die Startprobleme behoben. Bei Überschreiten der Rücklauftemperaturschwelle werden Brenner und Pumpe gesperrt.
Sofern das Wasser kalt genug in die Therme gelangt, treten beim Brennerstart keine übermäßig hohen Spitzen mehr auf. Die Therme taktet bei diesen Bedingungen nur noch 22 mal in 24 Stunden.  Die so erreichte feste Vorlauftemperatur für die Heizkörper von etwa 43 Grad ist ausreichend.

lila:    Temperatur am Ausgang der Therme
grün: Temperatur am Rücklauf zur Therme
grau: Außentemperatur, gemessen am Sonnenkollektor

rot, gestrichelt: (rechte Skala) gerechnete Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf der Therme. Sie ist ein Maß für die abgegebene Leistung der Therme, da der Durchfluß konstant bei 0,12 Liter/s gehalten wird. 10 Grad Differenz entsprechen dann einer Leistung
von 0,12 * 4,2 * 10 = 5 kW. In der Nachheizphase für das Brauchwasser ist die Leistung bei 20 Grad Differenz dann doppelt so hoch, also 10 kW.
(FB)
sonne-2008-01-17-differenz.jpg
Abb. 10: Temperaturkurven gegen die Tageszeit am 17.1.08
Im Gegensatz zum Vortag erfolgte die erste Aufheizung am Morgen mit einer größeren Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf der Therme, etwa 15 Grad. Somit war die von der Steuerung des Gerätes eingestellte Leistung zunächst erhöht, nämlich rund 7,5 kW.
Die graue Kurve für die Temperatur des Sonnenkollektors läßt gegen 14 Uhr den Beginn der wärmeren Jahreszeit erahnen.
Bei einem Gasverbrauch von 8 Kubikmetern pro Tag, entsprechend 8 * 9 = 72 kWh  beträgt die mittlere Leistung 72/24 = 3 kW.
(FB)
feb-08-02-18-differenz.jpg
Abb. 11: Nach Optimierung der Ein- und Ausschalttemperaturen am Speicher lassen sich insgesamt längere Brennerlaufzeiten erreichen, hier bei kalten Aussentemperaturen (nachts -5 Grad).
Beispielsweise startet der Brenner gegen 4 Uhr mit etwas höherer Leistung (rote Kurve), um dann nach etwa 1,5 Stunden auf die Minimalleistung herunterzuregeln. In der Mittagszeit  arbeitet er von 10:30 bis 13:30 mit kleinster Leistung ohne Unterbrechung. (FB)



Winterbetrieb mit Solareinstrahlung



jan-08-01-25-differenz.jpg
Abb. 12: Temperaturkurven gegen die Tageszeit am 25. Januar 2008. Seit 6 Uhr ist der Himmel fast ohne Wolken. Die Temperatur des Kollektors geht zunächst unter Null Grad. Tagsüber scheint die Sonne bei einigen Wolken.
Der Sonnenkollektor hat zwischen 10:25 h und 15:10 h Wärmeenergie aufgenommen. Ab etwa 12:15 Uhr ist die Einstrahlung in den Speicher durch die Sonne größer als die Entnahme durch die Heizkörper und die Temperatur steigt an (braune Kurve). Die Gastherme läuft danach erst wieder ab 18:20 Uhr in periodischen Takten. Die Aussentemperatur war morgens etwa bei 0 Grad, abends bei 3 Grad. Die solar erwirtschaftete Energie beträgt 6 kWh, entsprechend 2/3 m³ Gas. (FB)
feb-08-02-16-differenz.jpg
Abb. 13: Am 16.Februar 2008 scheint nach einer sternklaren Nacht mit unter -10 Grad Aussentemperatur am Tage die Sonne. Mit Einbruch der Dämmerung fallen die Temperaturen rasch wieder auf -10 Grad. Bis auf eine kurze Nachheizzeit gegen 18 Uhr arbeitet der Gasbrenner ab 11 Uhr nicht mehr. (FB)


Nachtabsenkung

Beobachtung:
Bei Aussentemperaturen von 0° und Raumtemperatur von 20°
sinkt die Raumtemperatur in der Nacht (22 bis 6 Uhr) um 2 Grad ab.

Gerechnet:  relativer Wärmebedarf  (als Temperaturdifferenz * Zeit )
                       
      
ohne Absenkung: (20° - 0° ) *  24 Stunden 20° *24h =480  °h
mit Absenkung (8 Stunden): (20° - 0°) * 16 Stunden  + 
 ((20° - 0°) + (18° -0°)) / 2  * 8 Stunden
320°h + 152°h = 472  °h

472 / 480 = 0,983     d.h. Einsparung  1,7 %

Wenn bei der Aufheizung am Morgen - wie üblich - die Vorlauftemperatur angehoben wird, sinkt der Wirkungsgrad des Kessels etwas, so daß die Einsparung noch geringer wird.
Bei Heizkosten von 1000 Euro im Jahr beläuft sich der Einspareffekt somit etwa bei 10 Euro und ist vernachlässigbar.

Bei andern Aussentemperaturen beispielsweise von -20° gilt die Rechnung auch, es sind zwar die Abkühlung sowie die Wärmemenge doppelt so groß, der relative Einspareffekt bleibt aber der gleiche.

Fazit:
Bei einem gut isolierten Haus ist eine Nachtabsenkung nicht sinnvoll:
  • sie spart kaum Kosten ein,
  • beim Aufheizen werden wegen der heißeren Heizkörper größere Luftmengen umgewälzt, bis sich wieder ein Gleichgewichtszustand im Raum eingestellt hat ("es zieht").
  • beim Energieversorger entstehen in den Morgenstunden unnötige Leistungsspitzen.



Elektrischer Energieverbrauch einer Gastherme


Typ Viessmann, Vitodens 300, Baujahr 2006

gemessene Leistungen:

Regelung 10 Watt
Regelung, Pumpe mit 30% (Min) Drehzahl 53 Watt
Regelung, Brenner mit Min-Leistung und Pumpe mit 30% Drehzahl
71 Watt
Regelung, Brenner mit Max-Leistung  und Pumpe 100% Drehzahl (laut Handbuch)
170 Watt


Bestimmung der Leistung aus dem Gasverbrauch, Brennwert, Kondensatmenge

Der Brennwert gibt die Energie an, die bei vollständiger Verbrennung mit Ausnutzung der Kondensationswärme des Wasserdampfes anfällt. Mit  Heizwert bezeichnet man die Energie ohne die Ausnutzung der Kondensation, d.h. wenn der Wasserdampf ungenutzt über den Schornstein entweicht. Bei Erdgas beträgt der Umrechnungsfaktor etwa 0,90:
Heizwert = 0,9 Brennwert. Bei der Verbrennung entsteht einerseits CO2 aus dem Kohlenstoff, andererseits aus dem Wasserstoff Wasser.
Der Brennwert ist örtlich verschieden, er läßt sich beim Energieversorger erfragen oder auf der Rechnung ablesen.

Als Kondensationsmenge sind bei vollständiger Kondensation bei Erdgas rund 0,16 kg Wasser pro kWh zu erwarten.
Bei 8,33 kWh pro Kubikmeter sind das 1,33 Liter Kondenswasser pro Kubimeter Gas (=100%).
Die Temperatur des Heizungswasser im Kessel beeinflußt die erreichbare Ausbeute an Kondensat: eine kalte Kesseloberfläche ergibt viel, eine heiße dagegen wenig. Der Wirkungsgrad der Anlage läßt sich über die Kondensatmenge abschätzen. Die nachfolgend genannten Prozente gelten einerseits für die Wassermenge und andererseits damit auch für den energetischen Zugewinn zwischen Heiz- und Brennwert. Bei 50% Kondensatmenge ist der Umrechnungsfaktor also 0,95.
Bei den beiden Betriebsarten normales Heizen und Warmwasserbereiten (18:00 bis 20:00) in Abb. 09 herrschen unterschiedliche Temperaturen vor. Je wärmer das Kesselwasser ist, um so weniger Kondenswasser kann anfallen.
Bei den kälteren Bedingungen entstehen rund 0,9 Liter Wasser pro Kubikmeter Gas (ca. 65 %) und bei den höheren Temperaturen rund 0,5 Liter Wasser pro Kubikmeter Gas (ca. 35 %).

Der Begriff "Brennwert" ist also bei den gemessenen Werten nur eingeschränkt anzuwenden.
Theoretisch sollten es 1,33 Liter pro Kubikmeter Gas sein
.

Über den Gasverbrauch pro Zeit ist die Leistung vorgegeben und darüber auch leicht zu ermitteln.

Hierzu beobachtet man beispielsweise an einer Gasuhr die Anzahl der durchgeflossenen Liter pro Minute.
Bei einem Brennwert von 8,333 kWh pro Kubikmeter ist die Leistung in Kilowatt exakt gleich der Hälfte der Anzahl der Liter pro Minute.


beobachtet  x Liter pro Minute  --->  ergibt   x/2  kW

x   Liter/Minute * 60 Minuten/Stunde * Brennwert kWh/1000 Liter =  Energie pro Stunde  in  kWh/h = Leistung in  kW

x   *   60  *   8,333 /1000 = 0,5 * x


Beispiel für Gas mit Brennwert von 9 kWh / m³, etwa wie in Clausthal-Zellerfeld

LiterProMinute
Leistung/kW
9 4,9
10 5,4
11 5,9
12 6,5
13 7,0
14 7,6
15 8,1
16 8,6
17 9,2
18 9,7
19 10,3
20 10,8
21 11,3
22 11,9
23 12,4
24 13,0
25 13,5
26
14,0
27
14,6
28
15,1
29
15,7
30
16,2
31
16,7
32
17,3
33
17,8
34
18,4
35
18,9
36
19,4
37
20,0
38
20,5
39
21,1




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- 22.05.2016


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