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Puffer und Boiler: Verluste normal?
BAU-Forum: Nutzung alternativer Energieformen

Puffer und Boiler: Verluste normal?

Seit einiger Zeit besitze ich einen Pelletskessel mit 750 l Puffer und 300 l Boiler. Nachdem ich ihn im Winter etwas beobachtet habe, war nun der Sommer dran. D.h. es wird derzeit ausschließlich Brauchwasser aufbereitet.
Auch wenn ich hier nur über zwei Wochen gemittelt habe, stimmt mich das Ergebnis mehr als nachdenklich:
  • Im Sommerbetrieb verbrauche ich auf's Jahr gemittelt ca. 2,1 Tonne Pellets. Also *nur* für die Aufbereitung und Vorhaltung des warmen Wassers.
  • Legt man einen Wirkungsgrad des Kessels von 90 % zugrunde und geht von einem Pelletsenergiegehalt von ca. 5 kWh / kg aus, dann sind das ca. 9.400 kWh / a für's Warmwasser. Das ist auch bei einer 5 köpfigen Familie etwa doppelt so viel wie üblich.
  • Ganz grob ist verschwindet also eine Tonne Pellets pro Jahr irgendwo im Nirwana.

Um den Ursachen auf die Spur zu kommen, habe ich mit der EuroPellet Software ETAMon ein paar Parameter protokolliert, ein Snapshot davon findet sich unter

Man erkennt folgendes:

  1. Der abgebildete Zeitraum sind 28 Stunden. Auf der x-Achse ist die Uhrzeit aufgetragen. Die y-Achse hat vier verschiedene Einheitenskalen  -  je nach visualisiertem Parameter muss man sich die richtige Skala suchen.
  2. Der Kessel läuft zweimal am Tag. Einmal morgens um ca. 7:00 und einmal am Nachmittag.
  3. Der Puffer bleibt immer zwischen ca. 55 °C und 60 °C warm, da er durch das Boilerladen miterwärmt wird. Natürlich ist diese Wärme im Puffer im Sommer *völlig* nutzlos. Interpoliert man die Kurven von "Puffer oben" und "Puffer unten", so ergibt sich eine Abkühlung des Puffers von etwas mehr als 5 °C pro Tag (lila ist Puffer oben und grau ist Puffer unten). Wenn man diesen Wärmeverlust bei einem 750 Liter Puffer in kg Pellets umrechnet dann gehen alleine für Pufferverluste ca. 350 kg Pellets pro Jahr drauf.
  4. Nun zum Boiler (schwarze Kurve). Man sieht, dass dieser sich ab und zu treppenförmig abkühlt. Dies liegt an der Zirkulationspumpe, die meistens 3 mal pro Stunde jeweils 3 min lang läuft (rosa Zacken ganz unten). Aber auch zu Zeiten, wenn die Zirkulation aus ist und bei uns niemand Wasser verbraucht (0:00-6:00) kühlt sich der Boiler dramatisch ab. Interpoliert man das so verliert der Boiler 12 °/Tag ohne Verbrauch. Das sind ebenfalls ca. 350 kg Pellets pro Jahr.

Summiert man die Verluste:

  • Geht man davon aus das der Wirkungsgrad des Kessels bei ca. 90 % liegt, so folgt daraus dass man Aufgrund der Verluste von Puffer und Boiler ca. 800 kg Pellets im Jahr zusätzlich verbrennen muss. Da ich bislang die Zirkulation noch nicht berücksichtigt haben, die ich mal mit 200 kg/Jahr ansetze, ergibt sich also genau die Tonne Pellets, die wir unerwartet mehrverbrauchen. Die Ursachen für die verschwundene Tonne sind also gefunden ...

Stellen sich mir aber die Fragen:

  • Sind diese wie ich finde recht dramatischen Verluste üblich oder ist hier mit der Isolierung des Puffers bzw. Boilers etwas faul? Die Leitungen sind alle isoliert.
  • Gibt es eine einfache Methode, den Pufferabstrahlverlust direkt zu messen?
  • Rechnet man bei einem Preis von 155 EUR/Tonne das auf eine geschätzte Laufzeit von 15 Jahren, dann gehen einem so 2.300 € flöten. Für weniger als die Hälfte sollten sich doch gescheite Dämmungen herstellen lassen. Der Brauchwasserbehälter (ein Wolf BWS 300) hat eine PURAbk. Schale, die eigentlich vernünftig aussieht. Der Puffer, ein Fröling P750 hat nur eine Schaumstoffhülle, der ich nicht viel zutraue ...

Viele Grüße!

  1. Verluste

    Hallo Herr Walter,
    mit den 90 % Kesselwirkungsgrad meinen Sie sicher den feuerungstechnischen Wirkungsgrad. Berücksichtigt man auch die Abstrahlverluste (die im Sommerbetrieb überproportional hoch sind), erreicht man im Sommerbetrieb meist höchstens 60 % Kesselwirkungsgrad.
    Die Verluste Ihrer Speicher scheinen mir auch sehr hoch. Pauschal zu sagen Hartschaum sei die gute  -  Weichschaum sei die schlechte Dämmung greift zu kurz (kommt aber im Forum immer wieder vor). Es kommt sehr stark auf die Ausführung an. Eine z.B. zweischalige Hartschaumdämmung lässt oft zwischen Stahlspeicher und Hartschaum einen millimeterdünnen Luftraum. Ohne zusätzliche Maßnahmen kann sich dadurch ein wunderbarer Kamineffekt ausbilden. Kalte Raumluft zieht irgendwo unten in die Isolierung rein, steigt durch den Spalt am warmen Speicher nach oben und entweicht dort als heiße Luft. Bei Weichschaum kann dieser Effekt weitgehend vermieden werden, da der Weichschaum den Speicher dicht umschließt. Eine weitere Schachstelle sind vor allem die Anschlüsse. Besonders hier muss auf lückenlose Isolierung geachtet werden! Daneben sind auch Auskühlverluste durch fehlende oder defekte Schwerkraftbremsen leider sehr häufig. Schalten Sie mal alle Pumpen ab und fassen in einer Zeit ohne jeglichen Verbrauch in einem Abstand von 0,5 bis 1 m an die vom Speicher abgehenden Rohrleitungen. Ist es da warm oder gar heiß ohne dass der Kreislauf durch eine Pumpe oder durch einen Warmwasserverbrauch bewegt worden wäre, dann treibt die Schwerkraft Ihr warmes Wasser um. Auch die Einrohrkonvektion spielt oft eine erhebliche Rolle. Wagner & Co bietet daher seit vielen Jahren alle Solarspeicher mit sogenannten Konvektionsbremsen an.
    Meist lassen sich solche Schwachstellen mit relativ geringem Aufwand entschärfen. Bei Bedarf kann ich gerne noch ein paar Tipps beisteuern.
    Gruß, Christof
    • Name:
    • Christof Geiger
  2. Wirkungsgrad

    • Das mit dem Wirkungsgrad verstehe ich nicht ganz. Bei der Bestimmung dessen wird doch laut BLT Wieselburg Messung wasserseitig eine definierte Last entnommen (z.B. 15 kW) und dies im Verhältnis zur eingesetzten Brennstoffmenge gesetzt. D.h. 90 % von 5 kWh/kg Pellets kommt wasserseitig wirklich raus ...?
    • Wieso sind die Verluste im Sommer höher? Ich hätte das Gegenteil erwartet, da die Umgebung ja wärmer ist ...

    Viele Grüße!

  3. Meine Erfahrungswerte ...

    also mein ETA PE15 verbraucht an einem durchschnittlichen Sommertag ca. 2 bis max. 3 kg Pellets bei einer Zirkulationspumpe, die nur 1 mal morgens für 30 Min. läuft. Unser Warmwasserverbrauch ist als relativ gering einzustufen. Einen Erfahrungswert für 24 h ohne Warmwasserzapfen kann ich leider nicht bieten, ich schätze aber, dass mein Puffer dann so ca. 1,5 kg Pellets "verliert". Es ist ein 500 l Kombispeicher mit billigster Weichschaumdämmung und ohne Konvektionsbremsen. Im Laufe der Zeit habe ich das Temperaturniveau im Puffer im weiter heruntergefahren, ohne dass der Komfort nach unserem Empfinden leiden musste. Mein Kessel schaltet im Sommerbetrieb z.Z. bei 47 Grad im Puffer oben ein und bei 56 Grad wieder aus. Wer hat andere Werte?
    Gruß
    • Name:
    • Klaus Schwab
  4. Verluste II

    Hallo Herr Walter,
    bei statischer Betrachtung stimmt das natürlich: Vorne geht eine Pelletmenge X rein, hinten kommt eine entsprechende Menge an Wärmeenergie raus, ins Verhältnis gesetzt erhält man den Wirkungsgrad. Läuft der Kessel aber im Sommer nur zwei mal pro Tag, so hat er zwei Kaltstarts (gehen wir einfach ma von einem durchschnittlich isolierten Kessel aus). Der Kessel schaltet also ein und heizt sich erst mal ein Stück selbst auf bis er anfängt Wärme auf einem nutzbaren Temperaturniveau abzugeben. Erst dann trifft die obige statische Betrachtung einigermaßen zu. Ist dann der Brauchwasserspeicher voll geladen, schaltet der Kessel auf relativ hohem Temperaturniveau (z.B. 70 °C) ab. Die dann noch im Kessel steckende Energie verliert sich bis zum nächsten Start zu einem guten Teil in den Raum bzw. durch den Schornstein und geht damit verloren. Startet der Kessel viele Stunden später wieder, muss er diese Energie erst wieder aufbringen, bevor er wieder anfängt Nutzwärme abzugeben. Im Sommer ist dabei das Verhältnis zwischen der Energie, die als Brennstoff vorne rein geht und der Energie, die als nutzbare Energie hinten rauskommt besonders ungünstig da häufige lange Stillstandszeiten auftreten.
    Das trifft grundsätzlich auf alle Kessel zu, egal ob Öl, Gas, Pellets oder sonst was. Würde der Kessel im Dauerbetrieb laufen wäre das Verhältnis von zugeführter und genutzter Energie wesentlich besser.
    55-60 % Energieausnutzung sind im Sommer dabei durchaus üblich. Diese Zahlen sind auch vielerorts nachzulesen. So ergibt sich für eine Solaranlage (mit Nutzungsschwerpunkt im Sommer) also eine recht günstige Bilanz da wir unseren Kesseln den Betrieb mit schlechter Ausnutzung und hohen Emissionen ersparen.
    Gruß, Christof
    • Name:
    • Christof Geiger
  5. Ich sehe für die Boilerverluste 2 mögliche Ursachen

    1) Dämmung schlecht  -  aber so schlecht kann eigentlich kaum eine Dämmung sein  -  checken, ob sie überall ganz eng anliegt, keine Luftströmung entsteht. 12 °C in 24 h ist extrem! Kann ich mir als alleinige Ursache kaum vorstellen.

    2) halte ich für wahrscheinlicher: Irgendeine Wasserbewegung, wie schon Christof schreibt. Oft entsteht in den Leitungen Konvektion, und/oder die Schichtung im Boiler ist nicht stabil, sodass sich laufend warmes mit weniger warmem Wasser mischt. Kannst du die Temperatur an mehreren Stellen des Boilers messen? Könnte Aufschluss geben mal zu monitoren, wie sie unten, Mitte, oben verläuft. Geht recht einfach, indem man Temperaturfühler unter der Dämmung am Boiler befestigt. Einfache digitale Thermometer mit Kabel.
    Gruß

  6. Messungen schwieriger als erwartet

    • @Christoph Geiger: Stimmt, der Wirkungsgrad der Kessel ist nur für den stationären Betrieb gültig und nicht für die Anheizphase. Wenn sie irgendwo Links haben umwieviel schlechter ein Kessel in der Anheizphase ist wäre das interessant.
    • @Horst: Ich glaube nun tatsächlich auch dass ich den Boiler an mehreren Punkten messen muss. Kennt jemand irgendeine Hard/Software, mit der man das elegant am PC erledigen kann?

    Ich habe nun mal die Zirkulation ein paar Tage aus gehabt und weiter gemessen. Zu meiner Überraschung ist der Effekt auf die Auskühlung des Boilers nicht sehr groß. Der Komfortverlust morgens im Obergeschoss ist aber deutlich wahrnehmbar, unter dem Tag geht's.
    Es scheint so zu sein, dass nach Aufladung des Boilers wohl die Schichtung wieder verloren geht. Dies zeigt sich verblüffenderweise in der Messung aber als der Auskühlung entgegenwirkend, weil der Sensor in der Mitte sitzt. Wenn die Kinder also abends nochmal baden und damit den oberen heißen Teil des Boilers absaugen, dann ist der angezeigte Wärmeverlust in der Nacht deutlich größer. Also brauche ich noch ein paar Sensoren mehr, um genauer zu rechnen.

    • Mein Verdacht ist mittlerweile, dass der Boiler dessen Ausgang senkrecht nach oben weißt seine Wärme in die recht lange Standleitung nach oben ins Haus abgibt, d.h. durch Konvektion. Da ist auch kein Syphon o.ä. ausgeführt, das würde prima klappen. Nachdem mein Heizungsbauer aber am Boilerausgang einen Hahn angebracht hat, werde ich den demnächst mal nachts zudrehen und dann messen.
    • Die Wärmedämmung des Boilers sieht gut aus, da gibt's einen Deckel oben und unten und alles ist recht dicht, d.h. Kamineffekte in der Dämmung kann man wohl ausschliessen.

    Es bleibt spannend. Wie muss denn so ein Syphon ausgeführt sein? Einen halben Meter nach unten und wieder hoch?
    Viele Grüße!

  7. Beispiele von Boilern, Schwerkraftbremse?

    eine passende Software ist mir nicht bekannt. 50 cm nach unten könnte ich mir als ausreichend vorstellen  -  bin aber kein Fachmann. Halte Nachrüstung auch für unangemessen aufwendig. Ansonsten weiß ich, dass es ausgetüftelte Speichersysteme mit optimierter Schichtung insbesondere im Solar-Umfeld gibt. Mir sind da v.a. Consolar, Solvis und Wagner bekannt.
    Vielleicht reicht ja einfach eine Schwerkraftbremse im vom Speicher nach oben führenden WW-Rohr.
    Miß doch mal die Temperatur am Rohr, nachdem die Zirkulation eine Weile aus ist. (Fühler mit Tesaband dranwickeln und etwas dämmen)
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