Grundlagen/Kessel und Spitzenlast

Ein Heizkessel erzeugt Wärme durch Verbrennung eines Brennstoffs und gibt sie über einen Wärmetauscher an den Heizkreis ab. In der Wärmeversorgung übernimmt er meist die Spitzenlast: Er deckt die letzten Prozent der Jahreswärme mit hoher Leistung und geringen Investitionskosten und erlaubt es, den Grundlasterzeuger kleiner und wirtschaftlicher auszulegen. Wie viel Brennstoff er dafür braucht, hängt nicht allein vom Wirkungsgrad auf dem Typenschild ab, sondern davon, mit welcher Last er läuft, wie warm sein Rücklauf ist, wie oft er anfährt und wie lange er betriebsbereit stillsteht. Diese Seite erklärt Wirkungsgrad, Brennwertnutzung und Teillast, zeigt, wie EPOS-Plan einen Kessel Stunde für Stunde rechnet, und leitet daraus die Regeln der Auslegung ab. Die Bedienung – Katalog, Projektgerät, Betriebszeiten – beschreibt Programm Dokumentation/Heizkessel.

Funktionsprinzip

Ein Brenner setzt den Brennstoff frei, ein Wärmetauscher überträgt die Energie auf das Heizwasser; die Regelung fährt die Leistung dem Bedarf nach, bis zur unteren Modulationsgrenze, darunter wird getaktet. Was der Brennstoff an Energie mitbringt, verlässt den Kessel auf drei Wegen: als Nutzwärme im Heizwasser, als fühlbare und latente Wärme im Abgas und als Abstrahlung über die Oberfläche des Kessels. Je kälter das Abgas den Kessel verlässt, desto mehr bleibt im Heizwasser, und unterschreitet es seinen Taupunkt, kondensiert der Wasserdampf des Abgases und gibt zusätzlich seine Verdampfungswärme ab. Vier Bauarten prägen die Praxis:

Brennwertkessel

Gas- und Ölkessel nutzen zusätzlich die im Abgas enthaltene Kondensationswärme, solange der Rücklauf unter dem Taupunkt des Abgases bleibt – bei Erdgas je nach Luftüberschuss rund 55 bis 57 °C, bei Heizöl rund 47 °C. Bei hoher Rücklauftemperatur bleibt der Brennwertvorteil weitgehend aus.

Biomassekessel

Pellet- und Hackschnitzelkessel sind träge und fahren Teillast ungünstig; sie eignen sich eher für die Grundlast und brauchen einen ausreichend dimensionierten Pufferspeicher, dazu Lagerraum und eine geregelte Brennstofflogistik.

Elektrokessel und Heizstab

Heizstab und Elektrokessel wandeln Strom verlustarm in Wärme, sind günstig in der Anschaffung und beliebig schnell regelbar. Ihre Arbeitszahl von eins macht sie im Dauerbetrieb teuer, für wenige Stunden im Jahr oder zur Nutzung von Stromüberschuss oft dennoch wirtschaftlich. In EPOS-Plan rechnet ein Elektrokessel ohne Teillast- und Brennwertkennlinie und ohne Takten; seine Wärme geht als Strom in den Reststrombedarf des Projekts und wird über den Netzbezug bewertet, nicht über einen Brennstoffzähler.

Fernwärme als Spitzenlast

Ein bestehender Fernwärmeanschluss kann ebenfalls die Spitzenlast übernehmen; ausschlaggebend ist die vertraglich vereinbarte Anschlussleistung, die sich über Speicher und eine geglättete Fahrweise senken lässt. Ein Kessel mit dem Brennstoff Fernwärme rechnet in EPOS-Plan nach den Regeln des Heizkessels, ohne Brennwertkennlinie; sein Verbrauch geht auf den Sammelposten „Sonstige“ der Brennstoffzähler. Eine Übergabestation, die ohne Takten bis null regelt, bekommt die Mindestleistung 0.

Beispiel. Ein Gaskessel gibt in einer Stunde 20 kWh Wärme ab und verbraucht dafür Erdgas mit 21 kWh Heizwert. Sein Wirkungsgrad in dieser Stunde ist 20 / 21 = 0,95; die fehlende Kilowattstunde steckt im Abgas und in der Abstrahlung. Kühlt derselbe Kessel sein Abgas mit kaltem Rücklauf unter den Taupunkt, gewinnt er einen Teil der Verdampfungswärme zurück und braucht für dieselben 20 kWh nur noch rund 20,1 kWh Heizwert – bezogen auf den Heizwert ein Wirkungsgrad knapp unter 1.

Wirkungsgrad, Brennwert und Teillast

Der Wirkungsgrad eines Kessels ist das Verhältnis der abgegebenen Nutzwärme zur Energie des eingesetzten Brennstoffs in einem Betriebspunkt:

$\eta =\frac{Q_{\mathrm{K}}}{Q_{\mathrm{B}}}=\frac{Q_{\mathrm{K}}}{m_{\mathrm{B}}\cdot H_{\mathrm{i}}}$

mit der Nutzwärme $Q_{\mathrm{K}}$, dem Brennstoff $Q_{\mathrm{B}}$ als Energiemenge, der Brennstoffmenge $m_{\mathrm{B}}$ und dem Heizwert $H_{\mathrm{i}}$. Der Heizwert ist die Wärme der vollständigen Verbrennung ohne die Verdampfungswärme des entstehenden Wassers; der Brennwert $H_{\mathrm{s}}$ enthält sie. Das Verhältnis $H_{\mathrm{s}}/H_{\mathrm{i}}$ liegt für Erdgas bei rund 1,11, für Heizöl bei 1,06 und für Holz bei 1,08. Weil Wirkungsgrade in Deutschland üblicherweise auf den Heizwert bezogen werden, kann ein Brennwertkessel über 100 Prozent erreichen: Er gewinnt einen Teil der Energie zurück, die der Heizwert gar nicht zählt. Physikalisch bleibt er unter $H_{\mathrm{s}}/H_{\mathrm{i}}$, und genau diese Grenze setzt EPOS-Plan als Obergrenze der Brennwertkennlinie.

Zwei Einflüsse bestimmen den Wirkungsgrad im Betrieb. Die Last: Bei kleiner Leistung ist die Abgastemperatur niedriger und der Wärmetauscher im Verhältnis größer, was den Wirkungsgrad hebt; dagegen wiegen Abstrahlung und Spülverluste bei kleiner Leistung schwerer, was ihn senkt. Welcher Effekt überwiegt, hängt von der Bauart ab – bei Brennwertkesseln steigt der Wirkungsgrad in Teillast meist, bei älteren Standardkesseln sinkt er. Der Rücklauf: Nur ein Rücklauf unter dem Taupunkt lässt Wasserdampf an den Heizflächen kondensieren, und je kälter er ist, desto größer ist der Gewinn. Ein Brennwertkessel an einer Heizkörperanlage mit 70/55 °C nutzt den Brennwert in den kalten Stunden kaum, an einer Flächenheizung mit 35/28 °C fast immer. Hersteller weisen deshalb zwei Prüfpunkte aus: den Wirkungsgrad bei Nennlast und den bei 30 Prozent Last, gemessen bei niedrigem Rücklauf.

Links der Wirkungsgrad über der Laststufe: Zwischen 30 und 100 Prozent Last liegt er auf einer Geraden zwischen den beiden Prüfpunkten, darunter gilt der Wert bei 30 Prozent. Rechts die Brennwertkennlinie eines Gaskessels über dem Rücklauf für drei Laststufen, mit Taupunkt 57 °C und Obergrenze 1,11. Prinzipbild; Festwerte aus dem Rechenkern, Wirkungsgrade bei Nennlast Beispielwerte.

Beispiel. Ein Gas-Brennwertkessel mit 40 kW und einem Wirkungsgrad von 0,96 bei Nennlast gibt in einer Stunde 20 kWh ab, er läuft also mit 50 Prozent Last. Bei 40 °C Rücklauf rechnet EPOS-Plan mit einem Wirkungsgrad von 0,996 und 20,1 kWh Gas, bei 60 °C Rücklauf, also über dem Taupunkt, mit 0,946 und 21,1 kWh. Derselbe Kessel braucht für dieselbe Wärme fünf Prozent mehr Brennstoff, nur weil sein Rücklauf zu warm ist.

Wie EPOS-Plan den Kessel je Stunde rechnet

EPOS-Plan rechnet jeden Kessel – höchstens zehn je Projekt – im festen Raster von 8 760 Stunden. Der Brennstoff entsteht stündlich aus der Wärme der Stunde und dem Wirkungsgrad dieser Stunde, nicht als Jahrespauschale; Anfahr- und Stillstandsverluste kommen als eigene Posten dazu. Die Rechenschritte mit allen Gleichungen stehen unter Berechnung: Heizkessel.

Wärme der Stunde und Platz in der Kaskade

Zu Beginn jeder Stunde steht dem Kessel seine volle Nennleistung zur Verfügung. Er deckt den offenen Bedarf seiner Wärmesenken, bei der Senkenart „beides“ mit Vorrang für das Warmwasser, und lädt danach seine Pufferspeicher bis zu deren Abschaltschwelle. Mit der vorgegebenen Ladepriorität 40 ist er der letzte Lader der Kaskade: Solarthermie (10), Wärmepumpe (20) und BHKW (30) laden vor ihm, er füllt nur, was sie offen lassen. Steht der Kessel ohne Pufferspeicher hinter der Speicherstufe, bekommt er den Bedarf, der nach Solarthermie, Wärmepumpe, BHKW und Speicherentladung noch offen ist; was auch er nicht deckt, bleibt als Restwärmebedarf stehen (Anlagenkopplung: Erzeugerkaskade).

Kessel mit Wärmequelle Pufferspeicher. Ist dem Kessel ein Pufferspeicher als Wärmequelle zugeordnet, etwa ein Speicher, den eine Solaranlage vorwärmt, hebt der Kessel nur den Rest auf den Vorlauf. Der Anteil des Puffers an der abgegebenen Wärme ist

$a=\frac{{\vartheta }_{\mathrm{Q}}-{\vartheta }_{\mathrm{R}\mathrm{L},\mathrm{H}}}{{\vartheta }_{\mathrm{V}\mathrm{L},\mathrm{H}}-{\vartheta }_{\mathrm{R}\mathrm{L},\mathrm{H}}}$, begrenzt auf 0 bis 1,

mit der Temperatur ${\vartheta }_{\mathrm{Q}}$ des Quellpuffers und dem Temperaturpaar ${\vartheta }_{\mathrm{V}\mathrm{L},\mathrm{H}}/{\vartheta }_{\mathrm{R}\mathrm{L},\mathrm{H}}$ des Hubs. Nur der Rest $(1-a)\cdot Q$ kostet Brennstoff und bestimmt Laststufe und Takten. Bei einem Hub von 70/50 °C und 60 °C im Quellpuffer liefert der Puffer die Hälfte, und der Kessel verbrennt Brennstoff nur für die andere Hälfte.

Teillastkennlinie

Steht fest, was der Kessel in der Stunde abgegeben hat, bildet EPOS-Plan die Laststufe $\beta =Q_{\mathrm{K}}/(P_{\mathrm{n}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{n}}\cdot 1\mathrm{h})$ und liest den Wirkungsgrad auf einer Geraden zwischen den zwei Prüfpunkten:

$\eta (\beta )={\eta }_{30}+({\eta }_{100}-{\eta }_{30})\cdot \frac{\max (\beta ;\mathrm{0,3})-\mathrm{0,3}}{1-\mathrm{0,3}}$

Unter 30 Prozent Last gilt ${\eta }_{30}$, weitere Stützstellen kennt das Modell nicht. Führt der Katalog keinen Wert bei 30 Prozent Last, setzt EPOS-Plan eine Vorgabe nach der Bauart: beim Brennwertkessel ${\eta }_{100}+\mathrm{0,06}$, höchstens $H_{\mathrm{s}}/H_{\mathrm{i}}$; beim Standardkessel ${\eta }_{100}-\mathrm{0,03}$; beim Niedertemperaturkessel ${\eta }_{100}$, also eine flache Kennlinie. Ein Kessel trägt das Kennzeichen „Brennwertkessel“ oder gilt als Standardkessel, wenn seine Beschreibung mit „Standard“ beginnt, sonst als Niedertemperaturkessel. Ein schlechterer Teillastwirkungsgrad, wie ihn träge Biomassekessel zeigen, wirkt deshalb nur, wenn er im Katalog gepflegt ist. Fehlt ein brauchbarer Wirkungsgrad bei Nennlast, rechnet der Kessel mit 0,90.

Brennwertkennlinie

Ein Brennwertkessel mit eingeschaltetem Schalter „Brennwertkennlinie“ und einem Brennstoff mit Kondensationsgewinn rechnet zusätzlich mit dem Rücklauf jeder Laufstunde. Der Wert bei 30 Prozent Last ist bei 30 °C Rücklauf gemessen und enthält den Brennwertgewinn schon; deshalb rechnet die Kennlinie zuerst trocken, mit ${\eta }_{30,\mathrm{t}\mathrm{r}}={\eta }_{30}-{\Delta }_{30}$, und schlägt den Gewinn nach dem Rücklauf wieder auf:

$g=\frac{{\vartheta }_{\mathrm{T}\mathrm{a}\mathrm{u}}-{\vartheta }_{\mathrm{R}\mathrm{L}}}{{\vartheta }_{\mathrm{T}\mathrm{a}\mathrm{u}}-30{}^{\circ }\mathrm{C}}(0\le g\le \mathrm{1,2})\eta =\min ({\eta }_{\mathrm{t}\mathrm{r}}(\beta )+{\Delta }_{30}\cdot g;H_{\mathrm{s}}/H_{\mathrm{i}})$

Für Gas gelten der Taupunkt ${\vartheta }_{\mathrm{T}\mathrm{a}\mathrm{u}}$ = 57 °C und der Kondensationsgewinn ${\Delta }_{30}$ = 0,08, für Heizöl 47 °C und 0,04, für Holz und Pellets 50 °C und 0,05; die übrigen Brennstoffe haben keine Brennwertkennlinie. Am und über dem Taupunkt rechnet der Kessel trocken, bei 30 °C Rücklauf mit dem vollen Gewinn, darunter bis zum 1,2-Fachen. Den Rücklauf liefert die erste Quelle einer festen Kette: der höchste Vorlauf einer Wärmepumpe, die in dieser Stunde in Reihe vorwärmt; der gerechnete Rücklauf des Heizkreises bei Anlagenkopplung; die unterste Zone des Pufferspeichers, den der Kessel lädt; das Temperaturpaar der Anlage; sonst fest 50 °C. Ohne Kopplung, Speicher oder gepflegtes Paar rechnet ein Brennwertkessel mit Brennwertkennlinie deshalb das ganze Jahr bei 50 °C Rücklauf, also mit einem Viertel des Gewinns.

Takten und Mindestlaufzeit

Ein Brennstoffkessel kann seine Leistung nur bis zur Mindestleistung absenken. Braucht eine Laufstunde weniger Wärme, taktet er: Er läuft jeweils eine Mindestlaufzeit mit Mindestleistung und schaltet dazwischen ab. EPOS-Plan zählt in einer solchen Stunde so viele Starts, wie Mindestläufe die Wärme brauchen, höchstens so viele, wie ganz in die Stunde passen:

$n_{\mathrm{S}}=\min (\lfloor \frac{60\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{t_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}}\rfloor ;\lceil \frac{Q_{\mathrm{K}}}{P_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}\cdot t_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}}\rceil )$

Jeder Start kostet den Anfahrverlust $E_{\mathrm{A}}$ als zusätzlichen Brennstoff ohne Wärme. Ohne gepflegte Werte gelten Vorgaben: Mindestleistung 30 Prozent der Nennleistung beim Gas-Brennwertkessel und 60 Prozent bei jedem anderen Brennstoffkessel, Mindestlaufzeit 10 Minuten, Anfahrverlust so viel Brennstoff, wie 0,002 Stunden – rund sieben Sekunden – Nennleistung kosten. Eine gepflegte Mindestleistung 0 heißt „moduliert bis null“; der Kessel taktet dann nie. Läuft der Kessel oberhalb der Mindestleistung, zählt nur der Übergang aus dem Stillstand als Start.

Starts einer Laufstunde und Anfahrverlust in Prozent der Wärme über der Wärme der Stunde für einen Kessel mit 50 kW und den Vorgaben des Gas-Brennwertkessels. Prinzipbild, Beispielwerte.

Beispiel. Ein Gas-Brennwertkessel mit 50 kW hat die Mindestleistung 15 kW, ein Mindestlauf von 10 Minuten bringt also 2,5 kWh. Braucht eine milde Stunde 6 kWh, zählt der Lauf ⌈6 / 2,5⌉ = 3 Starts und 3 × 0,1 kWh = 0,3 kWh Anfahrverlust, fünf Prozent der Wärme dieser Stunde. Mit 30 kWh in der Stunde moduliert der Kessel und zählt höchstens einen Start.

Betriebsbereitschaft und Heiztage

Ein Kessel, der warm gehalten wird, verliert auch im Stillstand Wärme über seine Oberfläche und den Schornstein. EPOS-Plan rechnet diesen Bereitschaftsverlust als feste Leistung aus dem Katalogwert – in kW oder in Prozent der Nennleistung – und lastet sie jeder Stunde an, in der der Kessel steht, aber betriebsbereit ist. Betriebsbereit ist er an Heiztagen, deren Tagesmittel der Außentemperatur unter der Heizgrenze liegt (Vorgabe 15 °C), und in den 24 Stunden nach seinem letzten Lauf. An einem warmen Sommertag, an dem er seit mehr als einem Tag nicht gelaufen ist, kostet er nichts. Ist für das Projekt eine Betriebsbereitschaft in Stunden je Jahr gesetzt, deckelt sie die Bereitschaftsstunden.

Beispiel. Ein Spitzenlastkessel mit 200 kW und einem Bereitschaftsverlust von 0,5 Prozent verliert betriebsbereit 1 kW. Läuft er im Jahr 600 Stunden und steht er an 220 Heiztagen sonst bereit, sind das rund 220 × 24 − 600 = 4 680 Stunden und 4,7 MWh Brennstoff ohne Nutzen – bei 50 MWh Spitzenlastwärme fast zehn Prozent.

Kennzahlen des Laufs

Aus den Stunden bildet der Lauf je Kessel den Jahresnutzungsgrad als Quotient der Jahressummen von brennstoffbasierter Nutzwärme und Brennstoff, Anfahr- und Bereitschaftsverlust eingeschlossen,

${\eta }_{\mathrm{a}}=\frac{\sum Q_{\mathrm{K}}}{\sum Q_{\mathrm{B}}}$,

dazu den Wirkungsgrad im Betrieb allein über die Laufstunden, die mittlere Laststufe, die Starts, die Taktstunden, die Bereitschaftsstunden und mit Brennwertkennlinie den mittleren Rücklauf und den Anteil der Brennwertstunden. Der Mehrbrennstoff gegenüber einem Betrieb mit dem Wirkungsgrad bei Nennlast wird in einen Anteil der Teillast und einen der Brennwertnutzung zerlegt; beide sind negativ, wo sie Brennstoff sparen. Der Jahresnutzungsgrad liegt immer unter dem Wirkungsgrad im Betrieb, und zwar umso tiefer, je seltener und kürzer der Kessel läuft. Außerdem führt der Lauf die Gasspitze, die Summe der höchsten stündlichen Brennstoffleistung aller Kessel, die nicht mit Heizöl rechnen; sie entfällt, wenn das Projekt im Jahr kaum Gas verbraucht.

Kennwerte

Kennzahl	Bedeutung	Typischer Bereich
Nennleistung	abgebbare thermische Leistung bei Volllast	wenige kW bis mehrere MW
Wirkungsgrad / Nutzungsgrad	Anteil des Brennstoffs, der als Nutzwärme ankommt; brennstoffabhängig	90–98 % (Heizwert), über 100 % möglich (Brennwert, bezogen auf den Heizwert)
Betriebsbereitschaftsverlust	Wärmeverlust des betriebsbereiten Kessels im Stillstand, bezogen auf die Nennleistung	bei heutigen Kesseln meist unter 1 %
Modulationsbreite	Verhältnis kleinster zu größter Leistung, ohne zu takten	Gas-Brennwertkessel meist 1:3 bis 1:10, Öl- und Niedertemperaturkessel deutlich enger, oft unter 1:2
Wirkungsgrad bei 30 % Last	zweiter Prüfpunkt der Teillastkennlinie, beim Brennwertkessel bei 30 °C Rücklauf	leer: Vorgabe nach Bauart (Brennwert +0,06, Standard −0,03, Niedertemperatur gleich)
Mindestleistung, Mindestlaufzeit, Anfahrverlust	Grenze des Taktens und Kosten je Start	leer: 30 % (Gas-Brennwert) bzw. 60 % der Nennleistung, 10 min, 0,002 h Nennleistung
Jahresnutzungsgrad	Nutzwärme zu Brennstoff über das Jahr, mit Anfahr- und Bereitschaftsverlust	Ergebnis des Laufs

Typische Größen

Der Spitzenlasterzeuger wird auf die Differenz zwischen der Gebäudeheizlast und der am Bivalenzpunkt verfügbaren Leistung der übrigen Erzeuger ausgelegt; bei redundanter Auslegung deckt er die volle Heizlast und übernimmt zugleich die Ausfallsicherung. Richtwerte: Einfamilienhaus 4–15 kW, Mehrfamilienhaus 20–100 kW, Gewerbe und Hotel 100 kW bis in den MW-Bereich – jeweils als Rest- oder Volllast neben dem Grundlasterzeuger (Planungsrichtwerte, nicht im Programm; ebenso die typischen Bereiche der Kennwerttabelle, soweit dort keine Vorgabe des Programms steht).

Jahresdauerlinie der Heizleistung: Wärmepumpe in der Grundlast, Kessel in der Spitze. Prinzipbild.

Die Jahresdauerlinie erklärt, warum die Spitzenlast so wenig Energie trägt: Die höchsten Lasten treten nur in wenigen Stunden auf, die Fläche über einer waagrechten Linie in halber Spitzenhöhe ist klein. Beispiel. Ein Gebäude mit 250 kW Spitzenlast braucht im Jahr 578 MWh (Dauerlinie wie im Bild der Seite BHKW). Deckt ein Grundlasterzeuger ohne Leistungsgrenze nach unten bis 125 kW, also die halbe Spitze, bleiben für einen Kessel mit 125 kW nur 97,5 MWh oder 17 Prozent der Jahreswärme in rund 1 680 Laufstunden, mit 780 Vollbenutzungsstunden. Mit 150 kW Grundlast sinkt der Kesselanteil auf 61 MWh oder 10,5 Prozent.

Was das für die Auslegung bedeutet

• Rücklauf kalt halten. Ein Brennwertkessel spart nur, wenn sein Rücklauf unter dem Taupunkt liegt. Mit Anlagenkopplung rechnet EPOS-Plan den Rücklauf des Heizkreises Stunde für Stunde; mit eingeschalteter Brennwertkennlinie zeigen mittlerer Rücklauf und Anteil der Brennwertstunden, wie viel der Gewinn im Gebäude wert ist.
• Nicht zu groß wählen. Ein Kessel, der weit über der Spitzenlast liegt, läuft fast nur in Teillast und taktet in den Übergangsstunden. Der Lauf zählt Starts und Taktstunden und rechnet den Anfahrverlust in den Brennstoff ein; eine Kaskade kleinerer Kessel oder ein Gerät mit großer Modulationsbreite senkt beides.
• Bereitschaft begrenzen. Ein Spitzenlastkessel, der monatelang nur bereitsteht, kann mehr Brennstoff im Stillstand verlieren als im Betrieb. Heizgrenze, Nachlauf und eine Betriebsbereitschaft des Projekts bestimmen, wie viele Stunden der Lauf ihm anlastet; der Jahresnutzungsgrad zeigt die Wirkung.
• Reihenfolge und Puffer. Mit der Ladepriorität 40 füllt der Kessel einen gemeinsamen Pufferspeicher erst, wenn die Erzeuger mit niedrigeren Grenzkosten nichts mehr laden können; ein Nachrang am Speicher hält den oberen Teil für die Solarthermie frei. So bleibt die Spitzenlast Spitzenlast, und der Lauf zeigt den Kesselanteil an der Jahreswärme.

Beispiel. Zwei Varianten desselben Gebäudes unterscheiden sich nur im Spitzenlastkessel: einmal ein Gas-Brennwertkessel mit 250 kW, einmal zwei mit je 125 kW nacheinander in der Kaskade, alle mit den Vorgaben. Der große Kessel hat 75 kW Mindestleistung und 0,5 kWh Anfahrverlust je Start, ein kleiner 37,5 kW und 0,25 kWh. In einer Stunde mit 50 kWh Spitzenlastbedarf taktet der große Kessel mit ⌈50 / 12,5⌉ = 4 Starts und 2,0 kWh Anfahrverlust, der erste kleine moduliert und zählt höchstens einen Start mit 0,25 kWh. In einer Stunde mit 30 kWh takten beide, der große mit 3 Starts und 1,5 kWh, der kleine mit 5 Starts und 1,25 kWh. Über das Jahr zeigt der Lauf, welche Stunden überwiegen, in Starts, Taktstunden und Jahresnutzungsgrad.

Einsatz und Grenzen

Der Kessel passt praktisch überall dort, wo ein Grundlasterzeuger nicht die volle Heizlast oder nicht die Ausfallsicherheit trägt; ein vorhandener Bestandskessel ist bei Sanierungen oft die günstigste Lösung. Ein zu groß gewählter Kessel taktet in der Übergangszeit und verliert an Lebensdauer; Abhilfe schaffen ein hydraulisch richtig eingebundener Pufferspeicher, ausreichende Modulationsbreite oder eine Kaskade kleinerer Einheiten. Fossile Spitzenlast wird über die CO₂-Bepreisung und über Anforderungen an den Anteil erneuerbarer Wärme zunehmend belastet.

Grenzen des Modells. Die Teillastkennlinie ist eine Gerade zwischen zwei Prüfpunkten, die Brennwertkennlinie eine Näherung je Brennstoffgruppe mit gerundeten Werten; der Rücklauf der Stunde steht fest, bevor der Kessel rechnet, und seine Leistung wirkt in derselben Stunde nicht auf ihn zurück. Die Startzahl ist eine Obergrenze, die annimmt, dass jeder Lauf genau eine Mindestlaufzeit dauert; Wasserinhalt, Mindestpausen und Abkühlen zwischen zwei Läufen bildet das Modell nicht ab. Der Bereitschaftsverlust ist eine feste Leistung, unabhängig von Kesseltemperatur und Last. Die Emissionen folgen dem Brennstoff mit den Faktoren des Energieträgers, nicht den Emissionsspalten des Kesselkatalogs.

In EPOS-Plan

In EPOS-Plan wird ein Heizkessel im Reiter „Energieerzeuger“ der Startseite über die Kachel „Heizkessel“ angelegt; sie öffnet den Dialog „Verwaltung Heizkessel". Der Gerätekatalog liegt unter Administration → Wärme- und Kälteerzeugung → Heizkessel.

Die Simulation rechnet jeden Kessel Stunde für Stunde. Sein Wirkungsgrad folgt der Laststufe zwischen dem Wert bei Nennlast und dem bei 30 % Last, beim Brennwertkessel mit eingeschalteter Brennwertkennlinie zusätzlich dem Rücklauf der Stunde; unter seiner Mindestleistung taktet er, und jeder Start kostet einen Anfahrverlust. Leere Kennwerte nehmen Vorgaben, der Wert bei 30 % Last die seiner Bauart: Ein schlechterer Teillastwirkungsgrad, etwa eines Biomassekessels, wirkt nur mit einem gepflegten Wert bei 30 % Last unter dem bei Nennlast oder bei einem Standardkessel. Im Stillstand trägt ein Kessel seinen Bereitschaftsverlust nur an Heiztagen – Tagesmittel der Außentemperatur unter der Heizgrenze, Vorgabe 15 °C – und in den 24 Stunden nach seinem letzten Lauf. Betriebszeiten – Zeitprogramm, Sperrzeiten und höchster Vorlauf – begrenzen, wann der Kessel zur Verfügung steht; mit Anlagenkopplung ab der Stufe Fahrplan wirken sie auf das Gebäude zurück (Anlagenfahrplan).

Wie der Kessel eingebunden, ausgelegt und mit anderen Erzeugern verschaltet wird, zeigen Einbindung, Beispiel, Zusammenspiel und Fallstricke; Kennlinien, Takten und Bereitschaft beschreiben Teillastkennlinie, Brennwertkennlinie, Takten und Betriebsbereitschaft; der Rechenweg steht unter Berechnung: Heizkessel.

Siehe auch

• Wärmepumpe – der übliche Grundlasterzeuger vor der Spitzenlast
• BHKW – wärmegeführter Grundlasterzeuger mit eigener Stromerzeugung
• Pufferspeicher – verhindert Takten bei knapper Auslegung
• Anlagenkopplung und Regelung – Erzeugerkaskade, Rücklauf des Heizkreises und Vorwärmbetrieb einer Wärmepumpe vor dem Kessel

Grundlagen

• Klimadaten
• Wärmebedarfsrechnung
• Strombedarf und Lastprofile
• Brauchwasser
• Prozesswärme
• Gebäudemodell VDI 6007
• Bauteile am Erdreich
• Brauchwasser-Zapfprofile
• Gemeinjahr und Feiertage
• Wärmepumpe
• Wärmequelle Erdreich
• BHKW
• Solarkollektoren
• Photovoltaik
• Wechselrichter
• Kessel und Spitzenlast
• Kühlung
• Pufferspeicher
• Stromspeicher
• Hydraulikschemata
• Anlagenkopplung und Regelung
• Vergleich Energiebilanz
• Kostenrechnung
• Erlösrechnung
• Wirtschaftlichkeitsrechnung