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Oct 08, 2023

Hydronics Zone: Die Entwicklung von Biomassekesseln

ABBILDUNG 1: Eine Möglichkeit, Probleme mit kurzen Zyklen zu vermeiden, ist die Installation einer Thermik

ABBILDUNG 1:Eine Möglichkeit, Probleme mit kurzen Zyklen zu vermeiden, besteht darin, einen Wärmespeicher zwischen dem Pelletkessel zu installieren, wie hier gezeigt.

FIGUR 2:Ein Tank mit falschen Rohranschlüssen führt zu keiner ordnungsgemäßen Schichtung.

Für diejenigen, die Brennholz verbrennen möchten, bieten moderne Holzvergaserkessel einen stationären Verbrennungswirkungsgrad von mittleren 80 Prozent und einen Gesamtwirkungsgrad von 70 bis 75 Prozent. Dies ist viel höher – fast das Doppelte – der durchschnittlichen Effizienz des Verbrennungszyklus, die von holzbefeuerten Außenöfen mit einstufiger Verbrennung erreicht wird.

Moderne Biomassekessel unterscheiden sich von Holzkesseln früherer Generationen ebenso wie Smartphones von ihren Vorgängern mit Drehknopf. Beispielsweise können moderne Pelletkessel mehrere Wochen lang unbeaufsichtigt laufen. Sie befördern Pellets automatisch vom Großlager in ihre Brennkammer, zünden sie und modulieren den Verbrennungsprozess anhand der Wassertemperatur und des Sauerstoffgehalts der Abgase. Einige Modelle komprimieren sogar die geringe Menge der anfallenden Asche, was die Zeit zwischen den Reinigungen verlängert.

Mehrere der derzeit in Nordamerika erhältlichen pelletbefeuerten Kessel können mit einem stationären Verbrennungswirkungsgrad von mindestens 85 Prozent betrieben werden. Derzeit in Europa verwendete Modelle können diesen Wert um weitere 5 bis 7 Prozent steigern, indem sie die Rauchgase kondensieren, bevor sie aus dem Kessel abgeführt werden.

Die steigenden und oft unvorhersehbaren Kosten für Heizöl und Propan Nr. 2, die häufig in ländlichen und halbländlichen Gebäuden verwendet werden, haben das Interesse an hocheffizienten Biomassekesseln auf Holzbasis geweckt. Dies gilt insbesondere im Nordosten der USA, wo die Verbrennung von Holz zum Heizen von Häusern tief in der Kultur verankert ist und bereits in Zehntausenden von Häusern genutzt wird.

Der durchschnittliche Heizungsinstallateur könnte davon ausgehen, dass die Installation eines hocheffizienten Biomassekessels so einfach ist wie die Verrohrung in das System neben einem vorhandenen Öl- oder Propangaskessel. Er geht davon aus, dass der Biomassekessel die Last versorgt, wenn er in Betrieb ist, und übergibt die Last automatisch an den konventionellen Kessel, wenn dieser keinen Brennstoff mehr hat. Obwohl dies logisch erscheint und teilweise auch zutrifft, werden dabei häufig die besonderen Betriebsanforderungen von Biomassekesseln außer Acht gelassen, die beachtet werden müssen, wenn Spitzenleistungen erzielt werden sollen.

Um einen hohen thermischen Wirkungsgrad, geringe Emissionen und unübertroffenen Komfort zu erreichen, müssen alle Biomassekessel mit einem entsprechend ausgelegten, ausgewogenen System kombiniert werden. Letzteres bezieht sich auf alle Aspekte der kompletten Heizungsanlage mit Ausnahme des Biomassekessels. Zu den Hauptkomponenten des Balance-of-Systems gehören ein richtig dimensionierter und verrohrter Wärmespeichertank, ein richtig konfiguriertes Steuerungssystem, hocheffiziente Umwälzpumpen, Mischventile und Niedertemperatur-Wärmestrahler.

Wenn eine dieser Komponenten oder Subsysteme falsch ausgewählt oder installiert wird, ist es wahrscheinlich, dass der Biomassekessel nicht seine volle Leistung erbringt. Dies wird sich in erhöhtem Kraftstoffverbrauch, höheren Emissionen und beeinträchtigtem Komfort niederschlagen. Obwohl in der Regel der Kessel dafür verantwortlich ist, ist er in der Regel nicht die Hauptursache für die meisten Betriebsprobleme.

Beispielsweise sind viele hochmoderne Pelletkessel in der Lage, ihre Wärmeproduktion auf etwa ein Drittel ihrer Nennleistung zu regulieren. Und obwohl dies ihre Fähigkeit verbessert, die Wärmeproduktion an den Wärmebedarf anzupassen, schließt es nicht die Möglichkeit von Kurzzyklen unter Schwachlastbedingungen aus, insbesondere wenn der Pelletkessel ein stark zoniertes Verteilungssystem mit geringer Wärme versorgt -Massenwärmestrahler. Ein Beispiel für ein solches Verteilungssystem wäre ein selbstgeführtes Verteilungssystem, das mehrere Plattenheizkörper versorgt, die jeweils mit einem thermostatischen Heizkörperventil ausgestattet sind.

Um dies ins rechte Licht zu rücken: Haben Sie schon einmal beobachtet, wie ein moderner gasbetriebener Mod-Con-Kessel einen kurzen Zyklus durchführt, wenn er direkt an ein stark zoniertes Verteilungssystem ohne Puffertank angeschlossen wird? Diese Frage stelle ich oft Auftragnehmern, die an meinen Schulungsseminaren teilnehmen. Angesichts der Antworten, die ich bekomme, scheint es, dass Kurzzyklen in unserer Branche nach wie vor ein weit verbreitetes Problem sind.

Vergleichen Sie diese Situation nun mit der von modulierenden Pelletkesseln. Die meisten gasbetriebenen Mod-Con-Heizkessel der aktuellen Generation haben ein Regelverhältnis von mindestens 5:1. Die meisten Pelletkessel der aktuellen Generation haben Regelverhältnisse von 3:1, einige erreichen sogar 4:1. Je kleiner das Regelverhältnis ist, desto eingeschränkter ist die Fähigkeit des Kessels, sich an die Heizlast anzupassen, insbesondere wenn er im Verhältnis zur Auslegungslast überdimensioniert ist. Dies bedeutet, dass ein mit Pellets betriebener Heizkessel mit einem niedrigeren Turndown-Verhältnis im Vergleich zu einem gasbetriebenen Mod-Con-Kessel in Systemen ohne ausreichende Wärmespeicherung sogar noch häufiger zu Kurzzyklen führt.

Eine Möglichkeit, solche Probleme zu vermeiden, besteht darin, zwischen dem Pelletkessel einen Wärmespeicher zu installieren, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Beachten Sie, dass der Wärmespeicher anders verrohrt ist als in anderen Systemen mit Puffertanks. Die Einzelheiten dieser Verrohrung sind „ergänzend“ zu den Betriebseigenschaften des Pelletkessels. Sie ermöglichen außerdem eine ausreichende Pufferung des Hilfskessels, ohne dass dieser Kessel den gesamten Pufferspeicher heizen muss. Diese Rohrleitungsdetails verbessern die Temperaturschichtung im Tank.

Außerdem sind drei verschiedene Temperatursensoren an unterschiedlichen Stellen im Tank angebracht. Ihre Platzierung und die von ihnen ermöglichten Steuerungsalgorithmen ergänzen den Betrieb beider Kessel.

Um die optimale Leistung eines Wärmespeichertanks zu erzielen, der von einem mit Pellets betriebenen Kessel versorgt wird, ist mehr als nur die Berechnung des Tankvolumens und die Auswahl eines leicht verfügbaren Produkts des erforderlichen Volumens erforderlich. Ein Tank mit falschen Rohranschlüssen führt zu keiner ordnungsgemäßen Schichtung. Dies verringert die Nützlichkeit des Tanks, wenn man versucht, lange Betriebszyklen für den mit Pellets betriebenen Heizkessel zu erreichen.

Ich habe dies bei mehreren Systemen mit Panzern gesehen, die mehrere tausend Dollar kosten. Ein Beispiel ist in Abbildung 2 dargestellt.

Diese suboptimale Leistung ist sowohl bedauerlich als auch vermeidbar. Letzteres erfordert sorgfältige Überlegungen darüber, wie der Pelletkessel und der Zusatzkessel funktionieren sollen, die Kenntnis der Durchfluss- und Temperatureigenschaften der Ladung und wie sich all dies auf den Durchfluss in und aus dem Tank auswirkt. Diese Informationen können dann verwendet werden, um die Größe und Lage von Rohrleitungsverbindungen zu bestimmen, die die Temperaturschichtung fördern, anstatt sie zu zerstören.

Moderne Hydronik-Technologie stellt ein Medium bereit, das geschickt manipuliert werden kann, um ein ideal ausgewogenes System für alle Arten von Biomassekesseln zu schaffen. Durch die richtige Auswahl und Dimensionierung der Hydroniksystemkomponenten wird der Betrieb des Biomassekessels über lange Verbrennungszyklen hinweg gefördert, bei dem er optimale Effizienz und minimale Emissionen erreicht. Die dabei erzeugte Wärme wird in einem ordnungsgemäß geschichteten Wärmespeicher gespeichert und wartet darauf, dass sie für die Raumheizung oder Warmwasserbereitung benötigt wird.

Wenn dieser Bedarf besteht, wird die Wärme mit minimalem Stromverbrauch geräuschlos dorthin transportiert, wo sie benötigt wird. Die Wärme wird sanft an den Raum abgegeben, ohne dass es die Bewohner bemerken. Bei Bedarf übernimmt ein Zusatzkessel einen Teil oder die gesamte Heizlast mit einem nahtlosen Übergang und ohne Kompromisse beim Komfort.

Abhängig von der genauen Art und Größe des Biomassekessels, der die Wärme liefert, gibt es viele Möglichkeiten, ausgewogene Systementwürfe zu erstellen. Für Holzvergaserkessel optimierte Designs sind nicht unbedingt optimal für Pelletkessel oder solche, die Hackschnitzel mit höherem Feuchtigkeitsgehalt verbrennen.

Wenn Sie daran interessiert sind, mehr zu erfahren, habe ich einen Online-Kurs angeboten, der sich eingehend mit den Details der Kombination von Biomassekesseln mit moderner Hydronik-Technologie beschäftigte – „Wasserstoffbasierte Biomasse-Heizsysteme“. Der Kurs wurde über einen Zeitraum von 10 Wochen im Rahmen einer Partnerschaft mit dem HeatSpring Learning Institute und dem Biomass Thermal Energy Council (BTEC) durchgeführt. In diesem Kurs wurden die Einsatzmöglichkeiten von Holzvergasungskesseln, Pelletkesseln und Kesseln zur Verbrennung von Hackschnitzeln untersucht. Es wurden Bausteine ​​und Subsysteme eingeführt und anschließend zu mehreren vollständigen und vollständig dokumentierten Systemen zusammengeführt.

Der Schwerpunkt lag auf den Schrauben und Muttern, die erforderlich sind, um mit leicht verfügbarer Hardware optimale Ergebnisse zu erzielen. Wenn Sie interessiert sind, sollten Sie den kostenlosen „Probefahrt“-Kurs unter bit.ly/btecbiomass in Betracht ziehen.

Biomasse-Heizkessel und moderne Hydroniktechnik sind wie geschaffen füreinander. Die Kessel liefern Wärme aus einer erneuerbaren Brennstoffquelle, die häufig aus der Region stammt und wesentlich kostengünstiger als Heizöl oder Propan ist. Moderne Hydronik-Technologie transportiert Wärme wann und wo sie benötigt wird und liefert sie mit unübertroffenem Komfort. Ich bin zuversichtlich, dass diese komplementäre Beziehung die Voraussetzungen für ein erhebliches Marktwachstum geschaffen hat, da immer mehr Heizungsfachleute erfahren, was verfügbar ist.

Sind Sie bereit, diese Chance zu nutzen?

Erscheinungsdatum: 30.11.2015

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