Programm Dokumentation/Heizkessel

Der Dialog Verwaltung Heizkessel wählt Kessel aus dem Katalog aus und ordnet sie dem Projekt zu. Ein Kessel wird über Nennleistung, den Wirkungsgrad bei Nennlast und bei 30 % Last, das Kennzeichen Brennwertkessel samt Brennwertkennlinie, Mindestleistung und Anfahrverlust für das Takten und den Betriebsbereitschaftsverlust beschrieben. In der Simulation deckt er an seinem Platz der Erzeugerkaskade, was die Erzeuger vor ihm offen lassen – in der Regel die Spitzenlast –, und rechnet jede Stunde mit dem Wirkungsgrad seiner Laststufe.

Wie ein Kessel arbeitet und welche Kennwerte ihn beschreiben, steht unter Grundlagen/Kessel und Spitzenlast; diese Seite zeigt, wie Sie ihn in EPOS-Plan einbinden und wie er mit den anderen Erzeugern zusammen rechnet.

Einbindung in EPOS-Plan

Ein Kessel durchläuft vier Stationen:

1. Katalog. Die Gerätedaten pflegt Administration → Wärme- und Kälteerzeugung → Heizkessel; Herstellerdaten liest Administration → Daten & Import → Import Heizkessel VDI 3805 ein (Gerätekataloge: Heizkessel); der Import übernimmt dabei den Wirkungsgrad bei Nennlast und bei 30 % Last, die kleinste Leistung als Mindestleistung und das Kennzeichen Brennwertkessel, die Brennwertkennlinie schaltet er nicht ein.
2. Projekt. Auf der Startseite öffnet im Reiter Energieerzeuger die Kachel Heizkessel die Verwaltung Heizkessel. In das Projekt übernehmen fragt den Energieträger und seine Variante ab und legt eine projekteigene Kopie der Gerätedaten an; mit ihr rechnet die Simulation. Ein neuer Kessel liefert in den Heizkreis, für Heizung und Warmwasser und bei Prozesswärme im Projekt auch für diese; die Zeile Senken: … nennt es. Aus dem Projekt entfernen wird erst mit OK wirksam; Abbrechen nimmt auch die in dieser Sitzung neu angelegten Projektkopien und Energieträger-Varianten zurück (Katalog und Projektliste).
3. Simulation Konfiguration (Startseite, Reiter Simulation, Knopf Simulation Konfiguration...; ebenso Menü Projekt → Simulation…). In der Reihenfolge der Kaskade decken die Erzeuger den Bedarf jeder Stunde; sie hat einen Platz je Erzeugerart, alle Kessel teilen sich ihren Platz und decken dort in der Reihenfolge, in der sie angelegt wurden. Eine noch nie gespeicherte Kaskade füllt die Seite mit den angelegten Wärmeerzeugern in der Folge der Ladeprioritäten Solarthermie, Wärmepumpe, BHKW, Heizkessel, der Kessel steht also hinten (Fallstricke); erst Konfiguration speichern legt sie fest, ohne gespeicherte Kaskade meldet die Simulation Bitte zuerst die Konfiguration festlegen. Fehlt in einer gespeicherten, nicht von Hand gepflegten Kaskade der Kessel, stellt EPOS-Plan ihn beim Öffnen der Konfiguration hinter den letzten belegten Platz (Simulation: Kaskade und Heizkessel). Die Pfeile der Karte verschieben den Platz, Wärmesenke bearbeiten ändert die Senken, Konfiguration… führt zu Betriebsbereitschaft und Heizgrenze der Kesselbereitschaft (Betriebsbereitschaft).
4. Ergebnis. Nach Simulation starten zeigt der Reiter Heizkessel Deckung, Brennstoffverbrauch, Betrieb und die Modultabelle (Ergebnisse).

Kaskade im Beispiel A: wer den Wärmebedarf einer Stunde deckt

Wärmebedarf der Stunde
Heizung und Warmwasser

→

Platz 1: Wärmepumpe A
rund 25 kW bei A−7/W55

laden, entladen↓

Speicher 1
1 000 l

offener Rest→

Platz 2: Kessel 1
50 kW, Brennwert, Erdgas

offener Rest→

Restwärmebedarf
bleibt ungedeckt

Prinzipbild. Speicher 1 gehört zur Wärmepumpe; der Kessel lädt ihn im Beispiel nicht.

Wärmepumpe A, Speicher 1 und ein eingeschalteter Heizstab rechnen als eine Stufe Stunde für Stunde: Speicher 1 entlädt vorab, die Wärmepumpe deckt und lädt nach, der Speicher gibt den Rest ab, zuletzt deckt der Heizstab. Kessel 1 lädt keinen Puffer und nutzt keinen als Quelle; er rechnet deshalb an seinem Platz hinter dieser Stufe und bekommt, was danach offen ist – erst mit einer Puffersenke oder Pufferquelle rechnete er in derselben Stundenschleife mit (Berechnung: Simulationsablauf). Der Platz in der Kaskade ordnet die direkte Deckung; welcher Erzeuger einen Puffer zuerst lädt, entscheidet die Ladeprio seiner Wärmesenke – Vorgabe Solarthermie 10, Wärmepumpe 20, BHKW 30, Kessel 40 –, der Platz nur bei gleicher Priorität.

Beispiel

Beispiel A ist ein teilsaniertes Mehrfamilienhaus mit 12 Wohnungen (900 m²): Heizlast 45 kW bei −12 °C, im Jahr 80 MWh Heizwärme und 20 MWh Trinkwarmwasser mit Zirkulation, Heizkörper 55/45 °C. Die Grundlast trägt die Luft-Wasser-Wärmepumpe A (rund 25 kW bei A−7/W55) mit Speicher 1 (Pufferspeicher, 1 000 l, Heizung); Kessel 1, ein Gas-Brennwertkessel mit 50 kW, deckt die Spitze und sichert die Versorgung ab.

Dialog	Feld	Wert	Warum
Verwaltung Heizkessel, Bereich Katalog (Datenbank)	Kessel aus Datenbank	Brennwertkessel, $P_{\mathrm{t}\mathrm{h}}$ 50 kW, Brennstoff Erdgas	deckt die Heizlast von 45 kW auch allein – der Kessel ist zugleich Reserve für die Wärmepumpe
Administration Heizkessel (Bearbeiten...)	Wirkungsgrad Gas, Biogas, Holz und Sonstiges:	0,97	der Wirkungsgrad bei Nennlast ${\eta }_{100}$, auf den Heizwert bezogen. Vor dem Übernehmen prüfen – die Projektkopie behält die Werte
Administration Heizkessel (Bearbeiten...)	Betriebsbereitschaftsverluste: und Einheit Bereitschaftsverlust:	0,1 kW oder 0,5 % der Nennleistung	die Einheit wählen Sie neben dem Wert; gerechnet wird in kW, und der Verlust fällt in jeder betriebsbereiten Stillstandsstunde an
Administration Heizkessel (Bearbeiten...)	Brennwertkessel	an	bestimmt die Vorgaben für leere Felder der Gruppe Kennlinie und gibt die Brennwertkennlinie frei
Administration Heizkessel, Gruppe Kennlinie	Wirkungsgrad bei 30 % Last:	1,05	${\eta }_{30}$ aus dem Datenblatt, gemessen bei 30 °C Rücklauf; leer gälte die Vorgabe des Brennwertkessels $\mathrm{0,97}+\mathrm{0,06}=\mathrm{1,03}$
Administration Heizkessel, Gruppe Kennlinie	Brennwertkennlinie	an	der Rücklauf 45 °C liegt unter dem Taupunkt von Erdgas (57 °C); ohne sie wirkte der Rücklauf nicht, und unter dem Schalter stünde der Hinweis „Brennwertkessel ohne Brennwertkennlinie …“
Administration Heizkessel, Gruppe Kennlinie	Mindestleistung:, Anfahrverlust je Start:, Mindestlaufzeit:	leer – Vorgabe 15 kW, 0,1 kWh, 10 min	die Vorgaben des Gas-Brennwertkessels: 30 % der Nennleistung, 0,002 h mal Nennleistung, 10 min. Nennt das Datenblatt eine kleinere Leistung, diese als Mindestleistung pflegen – der Kessel taktet dann seltener
Energieträger Variante	Energieträger:, Energieträger Varianten Bezeichnung:	Erdgas, ein eigener Variantenname	über den Energieträger laufen Preis und Emissionsfaktor des Brennstoffs
Verwaltung Heizkessel, Gruppe Auslegung für Verteilung	Vorlauf:, Rücklauf:	55 °C, 45 °C	die Auslegung der Heizkörper; ohne Puffer am Kessel und ohne Anlagenkopplung ist 45 °C der Rücklauf jeder Laufstunde der Brennwertkennlinie
Simulation Konfiguration	Kaskade	Platz 1 Wärmepumpe A, Platz 2 Kessel 1	Sind beide angelegt, bevor die Kaskade gespeichert ist, schlägt die Seite den Kessel auf Platz 1 vor: Wärmepumpe A mit dem Pfeil nach vorn, dann Konfiguration speichern
Wärmesenke - Kessel 1	Ziel, Bedarfsart	Heizkreis (direkte Deckung des Bedarfs), Beides (Warmwasser zuerst)	die Vorbelegung beim Anlegen; der Kessel lädt Speicher 1 nicht
Konfiguration an der Karte der Wärmepumpe	Heizstab mitrechnen	aus	sonst deckt der Heizstab den Rest vor dem Kessel (Fallstricke)
Konfiguration an der Karte des Kessels	Betriebsbereitschaft:	0 h/a	kein Deckel: betriebsbereit ist der Kessel an Heiztagen und 24 Stunden nach seinem letzten Lauf
Konfiguration an der Karte des Kessels	Heizgrenze der Kesselbereitschaft	leer – Vorgabe 15 °C	Heiztag ist ein Tag, dessen mittlere Außentemperatur unter 15 °C liegt

Was zu erwarten ist. Im vereinfachten Modell unten trägt der Kessel rund 15 % der Jahreswärme in etwa 1 500 Stunden. Das Modell rechnet die Wärmepumpe mit konstant 25 kW; mit der Leistung, die eine Luft-Wasser-Kennlinie bei milder Witterung zulegt, bleiben dem Kessel nur rund 5 % (Wärmepumpe: Zusammenspiel). EPOS-Plan rechnet mit Kennlinie, Puffer und Klimadaten; seine Zahlen stehen im Reiter Heizkessel: Wärmebedarfsdeckung, in der Gruppe Betrieb Starts, Bereitschaftsstunden, Bereitschaftsverlust, Taktstunden unter der Mindestleistung und Anfahrverlust, in der Modultabelle Jahresnutzungsgrad [%] und Starts [1/a]. Der Schalter sortiert zeigt die Dauerlinie.

Weil ${\eta }_{30}={\eta }_{100}+\mathrm{0,08}$ genau den Kondensationsgewinn von Erdgas bei 30 °C Rücklauf enthält, ist die trockene Teillastkennlinie von Kessel 1 flach, und sein Rücklauf ist in jeder Laufstunde 45 °C: Er rechnet jede Laufstunde mit $\eta \approx \mathrm{1,006}$ (Brennwertkennlinie). Im Reiter steht deshalb Mittlerer Wirkungsgrad im Betrieb bei rund 100,6 %, Mittlerer Rücklauf im Betrieb bei 45,0 °C, Betriebsstunden im Brennwertbetrieb und Wärme im Brennwertbetrieb bei 100 %, Brennstoff aus Teillast gegenüber Nennlast bei 0 und Brennstoff aus Brennwertnutzung bei rund −3,6 % der Kesselwärme. Der Jahresnutzungsgrad liegt um Anfahr- und Bereitschaftsverlust darunter. Hinter der Wärmepumpe deckt Kessel 1 oft nur wenige Kilowatt; jede Laufstunde unter 15 kWh ist eine Taktstunde (Takten).

Beispiel A: Dauerlinie mit Wärmepumpe und Spitzenkessel

mittlere Wärmelast in kW

41

730

31

1460

22

2190

15

2920

9

3650

5

4380

3

5110

2

5840

2

6570

2

7300

2

8030

2

8760

Stunden des Jahres, nach Wärmelast geordnet; je Säule das Mittel von 730 Stunden

Wärmepumpe AKessel 1

Beispielwerte, gerundet. Vereinfachtes Modell mit konstanter Leistung der Wärmepumpe, keine Rechnung von EPOS-Plan.

Zusammenspiel mit anderen Technologien

Technik	Wirkung auf den Kessel	Wirkung vom Kessel	So rechnet EPOS-Plan
Wärmepumpe (Beispiel A)	deckt vorn in der Kaskade; der Kessel bekommt den Rest	sichert die Spitze, die Wärmepumpe darf kleiner sein	Im Vorwärmbetrieb (Kessel in Reihe) wärmt die Wärmepumpe den Rücklauf bis zum Höchstvorlauf vor, und der Kessel hebt auf den Sollvorlauf (Wärmepumpe: Vorwärmbetrieb). Mit Bivalenter Betrieb und Alternativbetrieb oder Teilparallelbetrieb ist die Wärmepumpe unterhalb der Bivalenztemperatur aus, der Kessel deckt dann allein; im Parallelbetrieb läuft sie weiter. Hinter der Wärmepumpe bleiben dem Kessel oft nur kleine Restmengen; unter seiner Mindestleistung taktet er, und jeder Start kostet den Anfahrverlust (Takten).
Reversible Wärmepumpe (Beispiel D: Bürogebäude, Wärmepumpe A 100 kW, Kessel 1 60 kW)	an Kühltagen heizt sie nicht	übernimmt an diesen Tagen die Heizwärme	Die Wärmepumpe kühlt an Tagen, an denen der Kältebedarf den Heizbedarf übersteigt; ihr Heizkanal ist dann gesperrt, Warmwasser bleibt (Kühlung: Kühlbetrieb). Die Heizwärme dieser Tage geht an den nächsten Platz, den Kessel.
BHKW (Beispiel B: Hotel, BHKW 1 mit 60 kW thermisch, Kessel 1 und 2 je 150 kW)	trägt die Grundlast	deckt die Spitze über der BHKW-Leistung	Das BHKW steht vor dem Kessel; Kessel 1 deckt bis 150 kW, Kessel 2 darüber. Kessel 2 bekommt nur die Spitze über BHKW und Kessel 1; liegt sie unter seiner Mindestleistung – beim Gas-Brennwertkessel mit 150 kW nach Vorgabe 45 kW –, taktet er (Takten). Lädt ein Kessel denselben Puffer, lädt er nach dem BHKW (Ladeprio 40 gegen 30), füllt aber Raum, den das BHKW in der nächsten Stunde nutzen könnte (BHKW: Beispiel).
Pufferspeicher	Senke oder Quelle des Kessels	–	Mit Puffersenke oder Pufferquelle rechnet der Kessel in der Stundenschleife der Speicherstufe an seinem Platz, sonst als eigene Stufe davor oder danach. Mit Puffersenke lädt er nach allen Erzeugern mit kleinerer Ladeprio; ist er nicht der vorrangige Lader, endet seine Ladung an der nachrangigen Schwelle (Pufferspeicher: Schwellen). Ohne Direktsenke deckt er nichts unmittelbar, er lädt nur. Mit Brennwertkennlinie liefert der erste Pufferspeicher seiner Senkenliste den Rücklauf, wenn kein gekoppelter Heizkreis einen liefert: seine Rücklauftemperatur, beim geschichteten Speicher die unterste Schicht zu Beginn der Stunde (Brennwertkennlinie).
Solarthermie	wärmt einen Puffer vor	hebt nur noch den Rest an	Ist dem Kessel ein Pufferspeicher als Wärmequelle zugeordnet, trägt der Puffer den Anteil $(\text{Puffertemperatur}-\text{Rücklauf})/(\text{Vorlauf}-\text{Rücklauf})$ der Nutzwärme; nur der Rest kostet Brennstoff, und nach ihm richten sich Laststufe und Takten (Rechenweg, Schritt 4). Lädt die Solarthermie denselben Puffer vorrangig, lädt ihn der Kessel bei leerer nachrangiger Schwelle nur bis 30 %.
Photovoltaik, Stromspeicher	–	ein Elektrokessel erhöht den Strombedarf	Sein Strom steht im Reststrombedarf der Stunde; Photovoltaik und Stromspeicher decken ihn wie jeden anderen Verbrauch (Elektrokessel).

Fallstricke

• Kessel vor der Wärmepumpe. Vorgeschlagen wird der Kessel hinter Solarthermie, Wärmepumpe und BHKW, auch eine später angelegte Wärmepumpe kommt vor ihn. In einer von Hand gepflegten Kaskade bleibt aber die Reihenfolge, die Sie gesetzt haben: Steht der Kessel dort vorn, deckt er zuerst, und die Wärmepumpe bekommt nur, was er offen lässt. Prüfen Sie die Reihenfolge vor Konfiguration speichern.
• Der Heizstab der Wärmepumpe kommt vor dem Kessel. Steht ein Kessel ohne Pufferspeicher hinter der Wärmepumpe, rechnet er erst nach ihrer Speicherstufe, und die endet mit dem Heizstab: Ist Heizstab mitrechnen gesetzt, deckt der Heizstab den Rest bis zu seiner Leistung (Spalte Heizstab [MWh/a] im Reiter der Wärmepumpe). Soll der Kessel die Spitze tragen, schalten Sie den Heizstab aus. Lädt der Kessel selbst einen Puffer, rechnet er in derselben Stundenschleife an seinem Platz und damit vor dem Heizstab.
• Von Hand geordnet bleibt, wie es ist. Jeder Handgriff an der Kaskade – + aufnehmen, × oder ein Pfeil – macht sie zu einer von Hand gepflegten: Die Seite schlägt nichts mehr vor, und kein Kessel wird nachgestellt. Steht dann kein Heizkessel in der Kaskade, rechnet ein später angelegter nicht mit; der Lauf meldet ihn. Automatik wieder übernehmen gibt die Reihenfolge dem Programm zurück.
• Bereitschaftsverlust: Wert und Einheit gehören zusammen. Betriebsbereitschaftsverluste steht in der Einheit, die Einheit Bereitschaftsverlust daneben nennt: kW oder % der Nennleistung. Ein Datenblattwert in Prozent wird mit der Einheit % erfasst, nicht als kW – sonst rechnet die Simulation 0,5 % als 0,5 kW. Ein Wert über 2 % der Nennleistung wird gerechnet, das Laufprotokoll nennt ihn aber als ungewöhnlich hoch. 0 heißt: kein Bereitschaftsverlust.
• Betriebsbereitschaft und Heizgrenze. Bei 0 h/a ist ein stillstehender Kessel an jedem Heiztag – Tagesmittel der Außentemperatur unter der Heizgrenze der Kesselbereitschaft, leer 15 °C – und in den 24 Stunden nach seinem letzten Lauf betriebsbereit und verliert in diesen Stunden. Ein Kessel, der im Sommer täglich Warmwasser bereitet, bleibt so auch über der Heizgrenze fast durchgehend betriebsbereit. Ein Wert größer 0 begrenzt Lauf- und Bereitschaftsstunden zusammen; das Laufprotokoll nennt die gekappten Stunden. Beide Werte gelten für alle Kessel des Projekts (Betriebsbereitschaft).
• Jahresnutzungsgrad, Wirkungsgrad im Betrieb und Katalogwert. Der Jahresnutzungsgrad enthält Anfahr- und Stillstandsverluste und liegt deshalb nie über dem Wirkungsgrad im Betrieb – je seltener und kürzer ein Kessel läuft, desto weiter darunter. Beim Brennwertkessel können beide über dem Wirkungsgrad bei Nennlast des Katalogs liegen: Teillast und ein Rücklauf unter dem Taupunkt heben den Wirkungsgrad. Einen Katalogwirkungsgrad von genau 1 nennt der Reiter als Platzhalter; mit ihm rechnet ein Brennwertkessel für Gas, Heizöl, Holz oder Pellets ohne eigenes ${\eta }_{30}$ in Teillast mit 1,06, und sein Jahresnutzungsgrad kann über 100 % steigen.
• Katalog und Projekt sind getrennt. Beim Katalogsatz ändern Alle Daten anzeigen und Bearbeiten... den Katalog, beim Projektsatz die Projektkopie. Ein bereits übernommener Kessel rechnet weiter mit seiner Projektkopie; damit eine Katalogänderung wirkt, nehmen Sie ihn aus dem Projekt und übernehmen ihn neu. Umgekehrt führt In die Datenbank übernehmen… eine geänderte Projektkopie in den Katalog zurück.
• Ein zu großer Kessel taktet. Der Kessel gibt je Stunde genau den offenen Rest bis zur Nennleistung ab. Liegt dieser Rest unter der Mindestleistung, taktet er: Die Stunde zählt so viele Starts, wie Mindestläufe die Wärme brauchen – mit der Vorgabe von 10 min bis zu sechs –, und jeder Start kostet den Anfahrverlust je Start (Takten). Ein Kessel, der meist unter 10 % seiner Nennleistung läuft, braucht dadurch einige Prozent mehr Brennstoff; Starts und Taktstunden im Reiter zeigen es. Ohne eigene Werte gelten die Vorgaben – für ein Gerät mit tiefer Modulation lohnt es, die Mindestleistung aus dem Datenblatt zu pflegen.
• Teillast hängt am Kennzeichen Brennwertkessel. Ohne eigenen Wirkungsgrad bei 30 % Last nimmt der Kessel die Vorgabe seiner Bauart, und die Bauart liest der Lauf am Kennzeichen der Projektkopie; beim Übernehmen erhält sie es vom Katalogsatz. Trägt ein Brennwertgerät das Kennzeichen nicht, rechnet es wie ein Niedertemperaturkessel ohne Teillastanhebung und mit der Vorgabe-Mindestleistung von 60 % – dann Kennzeichen oder Wirkungsgrad im Katalog pflegen und den Kessel neu ins Projekt übernehmen.
• Brennwertkennlinie nur auf Wahl. Das Kennzeichen Brennwertkessel allein rechnet keinen Rücklauf; erst die gesetzte Brennwertkennlinie tut es, und der Import schaltet sie nie ein. Solange sie bei einem Brennwertkessel aus ist, steht in Administration Heizkessel unter dem Schalter der Hinweis „Brennwertkessel ohne Brennwertkennlinie …“. Ohne gekoppelten Heizkreis, ohne Pufferspeicher als Senke und ohne Temperaturpaar gilt ein Rücklauf von 50 °C – für einen Heizkreis mit niedrigen Temperaturen ist das vorsichtig.
• Der Rücklauf bestimmt die Brennwertnutzung. Mit Brennwertkennlinie rechnet der Kessel mit dem Rücklauf des gekoppelten Heizkreises, sonst des ersten Pufferspeichers, den er lädt, sonst des Temperaturpaars Auslegung für Verteilung. Lädt er einen geschichteten Puffer, den Wärmepumpe oder BHKW bis unten warm halten, steigt sein Rücklauf mit der untersten Schicht; ein Paar wie 70/50 °C – die Vorbelegung ohne eigenen Eintrag – lässt bei Erdgas nur gut ein Viertel des Kondensationsgewinns ($g\approx \mathrm{0,26}$), und am oder über dem Taupunkt (Erdgas 57 °C) bleibt keiner. Mittlerer Rücklauf im Betrieb und Betriebsstunden im Brennwertbetrieb im Reiter zeigen es; liegt der Rücklauf in mindestens der Hälfte der Betriebsstunden am oder über dem Taupunkt, nennt das Laufprotokoll den Kessel.
• Mit Brennwertkennlinie zählt der Rücklauf auch in Teillast. ${\eta }_{30}$ gilt bei 30 °C Rücklauf. Ohne Brennwertkennlinie rechnet ein Brennwertkessel in Teillast mit diesem Gewinn, gleich wie warm der Rücklauf ist; mit ihr rechnet er trocken und legt den Gewinn nach dem Rücklauf der Stunde zu. Ein Rücklauf über 30 °C senkt deshalb den Teillastwirkungsgrad gegenüber der Rechnung ohne Kennlinie, ein Rücklauf unter dem Taupunkt hebt den Wirkungsgrad bei Nennlast – in Beispiel A mit 45 °C bei 30 % Last von 1,05 auf 1,006 und bei Nennlast von 0,97 auf 1,006.
• Kesselvorlauf bei Anlagenkopplung. Mit Heizkreis (AK1) bekommt ein gekoppeltes Gebäude ohne Heizkurve den höchsten Vorlauf der Erzeuger, die Heizwärme liefern – ein hoher Kesselvorlauf wird so zu seinem Vorlauf, und an ihm wählt die Wärmepumpe ihre Kennlinie (Simulation: Anlagenkopplung).
• Höchstens zehn Kessel je Projekt; weitere rechnen nicht mit, das Laufprotokoll nennt die Zahl.

Eingaben

Katalog und Projektliste

Der Dialog Verwaltung Heizkessel hat drei gerahmte Bereiche übereinander: Im Projekt (oben), Katalog (Datenbank) und Gewählter Satz. Die Trennlinie zwischen Projekt und Katalog lässt sich ziehen. Beide Listen kennen die Mehrfachwahl mit Kästchen; die Knöpfe eines Bereichs wirken auf die gewählten Zeilen, sonst auf die zuletzt angeklickte.

• Katalog (Datenbank) – die Liste Kessel aus Datenbank mit der Suchzeile Suche über alle Spalten: und den Spalten Bezeichner, Hersteller, Brennstoff, $P_{\mathrm{t}\mathrm{h}}$ in kW, $\eta$ und Brennwert, dazu im Projekt verwendet. Die Spaltenköpfe sortieren und filtern; so grenzen Sie nach Brennstoff und Leistungsklasse ein. In das Projekt übernehmen (▲) übernimmt die gewählten Kessel. Die Fußleiste führt Vergleichen… (ab zwei gewählten Sätzen), das Schloss, Löschen, Bearbeiten... und rechts Neu…. Löschen entfernt die gewählten Katalogeinträge nach einer Rückfrage für alle Projekte. Gesperrte Katalogsätze (Auslieferungssätze) sind nur lesbar, bis das Schloss aufgehoben ist. Bearbeiten... öffnet einen einzelnen ungesperrten Satz in Administration Heizkessel; bei mehreren gewählten Sätzen öffnet die Satzbearbeitung (Katalogsätze bearbeiten), in der ‹ › durch die Sätze blättern, und für alle gewählten setzen trägt einen Wert in allen gewählten Sätzen ein. Gespeichert wird in einem Zug – alle Sätze oder keiner.
• Im Projekt – die ausgewählt im Projekt genannte Liste der Kessel des Projekts, dazu die Summe der thermischen Leistung (Summe [kWth]:). Aus dem Projekt entfernen (▼) nimmt die gewählten Kessel aus der Liste; die Projektkopie wird erst mit OK gelöscht. Beim Übernehmen öffnet sich Energieträger Variante; Energieträger und Variante bestimmen, mit welchem Träger Kosten und Emissionen des Kessels gerechnet werden (Kosten: Energieträgerverwaltung). Vorgewählt ist der Träger mit dem Brennstoff des Kessels. Bearbeiten... öffnet die Projektkopien der gewählten Kessel (Projektsatz bearbeiten, bei mehreren wie oben mit Blättern und für alle gewählten setzen). In die Datenbank übernehmen… legt aus den gewählten Projektkopien neue Katalogsätze an oder überschreibt deren Ursprung; die Rückfrage zeigt je Satz den Namen im Katalog und nennt, was mitgeht (technische Daten, Investitions- und Wartungswerte, Kostenpositionen). Im Projekt bleiben Energieträger, Temperaturpaar, Senken und Zeitprogramm der Anlage.
• OK und Abbrechen – OK speichert die Liste des Projekts, Abbrechen verwirft die Änderungen und nimmt in dieser Sitzung neu angelegte Projektkopien und Energieträger-Varianten zurück.

Modul

Der Bereich Gewählter Satz trägt die Marke Projektsatz oder Katalogsatz und lässt sich auf- und zuklappen.

• Name, Brennstoff Typ, Leistung [kW], Beschreibung – Anzeige des markierten Kessels; bei einer Zeile des Projekts aus dessen Projektkopie. Ein gesperrter Katalogsatz trägt den Vermerk nur lesen.
• Brennstoff Variante – nur bei einer Zeile des Projekts: wechselt die Variante des Energieträgers.
• Brennwertkessel – Kennzeichen; es bestimmt die Vorgaben für einen leeren Wirkungsgrad bei 30 % Last (Teillastkennlinie) und eine leere Mindestleistung (Takten), und nur mit ihm lässt sich die Brennwertkennlinie setzen.
• Auslegung für Verteilung: Vorlauf und Rücklauf – in °C, nebeneinander in einer eigenen Gruppe, je Anlage änderbar. Trägt die Anlage kein vollständiges Paar, stehen darin die Werte, mit denen die Simulation ohne Eintrag rechnet – das Paar des Kessels aus dem Katalog, sonst 70/50 °C –, und die Zeile darunter nennt die Herkunft; mit OK werden sie gespeichert. Steht der Temperaturbezug der Wärmequelle auf fest vorgegeben, bleibt ein unvollständiges Paar leer, und die Zeile bittet um ein Paar. Das Paar wirkt bei der Anlagenkopplung, bei der Prüfung gegen einen Zielspeicher, bei der Brennwertkennlinie als Rücklauf, wenn weder Heizkreis noch Speicher einen liefern (Brennwertkennlinie), und als Temperaturhub eines geteilten Pufferspeichers als Wärmequelle, wenn kein Senkenspeicher des Kessels das Paar stellt (Rechenweg, Schritt 4). Dasselbe Paar schreibt der Dialog Wärmequelle Pufferspeicher bei fest vorgegeben.
• Senken: … – die Wärmesenken der Anlage; gepflegt werden sie in der Simulation Konfiguration.
• Investitionskosten…, Betriebskosten…, Energiekosten… – die Kosten des Kessels für die Wirtschaftlichkeit; sie stehen nur bei einem Projektsatz.

Kennwerte des Kessels

Alle Daten anzeigen und Bearbeiten... führen die Kennwerte des gewählten Satzes – beim Katalogsatz die des Katalogs, beim Projektsatz die der Projektkopie:

• Thermische Leistung – die Nennleistung in kW; sie begrenzt, was der Kessel je Stunde aus Brennstoff erzeugt, und ist der Bezug der Laststufe und der Vorgaben für Mindestleistung und Anfahrverlust.
• Wirkungsgrad Gas, Biogas, Holz und Sonstiges und Wirkungsgrad Öl – der Wirkungsgrad bei Nennlast ${\eta }_{100}$, auf den Heizwert bezogen, je als Faktor (z. B. 0,9). Der Öl-Wert gilt für die Heizöle des Brennstoffkatalogs, der andere für alle übrigen Brennstoffe. Werte über 1,5 liest die Simulation als Prozent; steht dort 0, rechnet sie mit 0,90.
• Betriebsbereitschaftsverluste und Einheit Bereitschaftsverlust – der Verlust im betriebsbereiten Stillstand, wahlweise als Leistung in kW oder in Prozent der thermischen Leistung. Die Simulation rechnet einen Prozentwert in kW um (Wert × thermische Leistung ÷ 100). Zulässig sind in kW 0 bis zur thermischen Leistung, in Prozent 0 bis 100; ein Wert außerhalb wird beim Speichern mit einer Meldung abgewiesen. Im Aufklapper Alle Daten anzeigen steht die Einheit als kW oder %; ein leeres Feld lässt sie unverändert. Der Import aus VDI 3805 liefert den Wert in kW und setzt die Einheit kW.
• Die Emissionsfelder sind Herstellerangaben und rechnen nicht mit.

Die Gruppe Kennlinie beschreibt das Verhalten in Teillast; ein leeres Feld heißt „Vorgabe“:

• Wirkungsgrad bei 30 % Last – ${\eta }_{30}$ als Faktor, bezogen auf den Heizwert wie die Wirkungsgrade oben und gemessen bei 30 °C Rücklauf; Werte über 1,5 gelten als Prozent, zulässig sind 0,5 bis 1,2. Leer nimmt der Kessel die Vorgabe seiner Bauart (Teillastkennlinie).
• Brennwertkennlinie – rechnet den Wirkungsgrad zusätzlich nach dem Rücklauf der Stunde (Brennwertkennlinie); sie lässt sich nur bei einem Brennwertkessel setzen.
• Mindestleistung (kW), Anfahrverlust je Start (kWh Brennstoff), Mindestlaufzeit (1 bis 60 min) – bestimmen das Takten unter der Mindestleistung (Takten); die Mindestleistung liest der Import aus VDI 3805. Leer gilt die Vorgabe, eine gepflegte 0 zählt: Mindestleistung 0 heißt „moduliert bis null“, Anfahrverlust 0 zählt die Starts ohne Brennstoff. Die Mindestleistung darf die thermische Leistung nicht übersteigen.

Ist ein Kessel als Brennwertkessel gekennzeichnet und die Brennwertkennlinie aus, steht in Administration Heizkessel unter dem Schalter der Hinweis, dass der Rücklauf dann nicht wirkt und der Kessel allein mit seiner Teillastkennlinie rechnet.

Unter den Feldern der Gruppe zeigt Administration Heizkessel ein kleines Diagramm Wirkungsgrad über der Last von 10 bis 100 % der Nennleistung, so wie die Simulation ihn rechnet – mit den Eingaben, wie sie gerade im Dialog stehen, auch vor dem Speichern, und mit der Vorgabe für jedes leere Feld. Mit Brennwertkennlinie stehen drei Linien für 30, 50 und 60 °C Rücklauf, ohne sie eine Teillastkennlinie; ein Elektrokessel zeigt eine flache Linie. Jeder Punkt nennt beim Zeigen Last und Wirkungsgrad, die Legende blendet Linien aus.

Berechnung

Nutzwärme, Wirkungsgrad und Brennstoffeinsatz des Heizkessels stehen unter Berechnung: Heizkessel.

Berechnung in der Simulation

Jede Stunde wird einmal je Kessel gebucht: Gibt er Wärme ab, verbraucht er seine brennstoffbasierte Wärme geteilt durch den Wirkungsgrad seiner Laststufe – beim Brennwertkessel mit Brennwertkennlinie auch seines Rücklaufs – und je Start den Anfahrverlust; steht er und ist betriebsbereit, verbraucht er seine Bereitschaftsleistung (Betriebsbereitschaft); sonst nichts. Der Jahresnutzungsgrad ist die brennstoffbasierte Nutzwärme geteilt durch den Brennstoffverbrauch einschließlich der Anfahr- und Stillstandsverluste.

Teillastkennlinie

Die Laststufe $\beta$ einer Stunde ist die brennstoffbasierte Wärme geteilt durch die Nennleistung. Zwischen 30 % und 100 % Last liegt der Wirkungsgrad auf einer Geraden vom Wirkungsgrad bei 30 % Last (${\eta }_{30}$) zum Wirkungsgrad bei Nennlast (${\eta }_{100}$, Wirkungsgrad Gas… bzw. Wirkungsgrad Öl); unter 30 % gilt ${\eta }_{30}$:

$\eta (\beta )={\eta }_{30}+({\eta }_{100}-{\eta }_{30})\cdot \frac{\beta -\mathrm{0,3}}{\mathrm{0,7}},\mathrm{0,3}\le \beta \le 1$

Ist ${\eta }_{30}$ leer, gilt die Vorgabe der Bauart:

Bauart	erkannt an	Vorgabe ${\eta }_{30}$
Brennwertkessel	Kennzeichen Brennwertkessel	${\eta }_{100}+\mathrm{0,06}$, höchstens das Verhältnis Brennwert zu Heizwert des Brennstoffs (Gase 1,11, Heizöle 1,06, Holz und Pellets 1,08, sonst 1,0), nie unter ${\eta }_{100}$
Standardkessel	ohne Kennzeichen; die Beschreibung beginnt mit der VDI-3805-Bauart „Standard…“	${\eta }_{100}-\mathrm{0,03}$
Niedertemperaturkessel	alle übrigen	${\eta }_{100}$ – der Wirkungsgrad ist in jeder Laststufe derselbe

Ein gepflegter Wert geht immer vor. Ein Elektrokessel rechnet ohne Kennlinie. Das Laufprotokoll nennt je Brennstoffkessel ${\eta }_{100}$ und ${\eta }_{30}$ und ob ${\eta }_{30}$ gepflegt oder die Vorgabe ist.

Beispiel. Kessel 1 aus Beispiel A ohne Brennwertkennlinie: Erdgas, 50 kW, ${\eta }_{100}=\mathrm{0,97}$, ${\eta }_{30}=\mathrm{1,05}$. In einer Stunde mit 30 kWh Wärme ist $\beta =\mathrm{0,6}$ und $\eta =\mathrm{1,05}+(\mathrm{0,97}-\mathrm{1,05})\cdot \mathrm{0,3}/\mathrm{0,7}\approx \mathrm{1,016}$; die Stunde braucht 29,5 kWh Brennstoff statt 30,9 kWh bei Nennlastwirkungsgrad.

Brennwertkennlinie

Ein Brennwertkessel mit gesetzter Brennwertkennlinie rechnet je Laufstunde zusätzlich mit dem Rücklauf ${\vartheta }_{\mathrm{R}\mathrm{L}}$. Unter dem Taupunkt des Abgases kondensiert Wasserdampf, und der Wirkungsgrad steigt. ${\eta }_{30}$ ist bei 30 °C Rücklauf gemessen und enthält diesen Gewinn schon; die Teillastkurve rechnet deshalb „trocken“ mit ${\eta }_{30}-{\Delta }_{30}$, und der Gewinn kommt nach dem Rücklauf dazu (Temperaturen in °C):

$\eta ={\eta }_{\mathrm{t}\mathrm{r}}(\beta )+{\Delta }_{30}\cdot g,g=\frac{{\vartheta }_{\mathrm{T}\mathrm{a}\mathrm{u}}-{\vartheta }_{\mathrm{R}\mathrm{L}}}{{\vartheta }_{\mathrm{T}\mathrm{a}\mathrm{u}}-30},0\le g\le \mathrm{1,2}$

Am und über dem Taupunkt ist $g=0$, bei 30 °C Rücklauf 1; bei 30 % Last und 30 °C trifft die Kennlinie ${\eta }_{30}$, bei Nennlast am oder über dem Taupunkt ${\eta }_{100}$. Der Wirkungsgrad bleibt höchstens beim Verhältnis Brennwert zu Heizwert.

Brennstoff	Taupunkt ${\vartheta }_{\mathrm{T}\mathrm{a}\mathrm{u}}$	Gewinn bei 30 °C Rücklauf ${\Delta }_{30}$	Obergrenze Brennwert/Heizwert
Gase (Stadtgas, Erdgas, Flüssiggas, Biogas)	57 °C	0,08	1,11
Heizöle	47 °C	0,04	1,06
Holz, Holzpellets	50 °C	0,05	1,08

Übrige Brennstoffe haben keinen Kondensationsgewinn und rechnen ohne Brennwertkennlinie; ein Elektrokessel ebenso.

Der Rücklauf einer Stunde kommt aus der ersten belegten Stufe:

1. dem gerechneten Rücklauf des Heizkreises bei Anlagenkopplung Heizkreis (AK1) – in Stunden mit Heizbedarf eines gekoppelten Gebäudes,
2. dem ersten Pufferspeicher, den der Kessel als Senke lädt, in der Rangfolge seiner Senken – seine Rücklauftemperatur, beim geschichteten Speicher die unterste Schicht zu Beginn der Stunde,
3. dem Rücklauf des Temperaturpaars der Anlage (Auslegung für Verteilung), ohne vollständiges Paar dem des Kessels,
4. 50 °C.

Eine Stunde mit einem Rücklauf unter dem Taupunkt zählt als Brennwertbetrieb.

Beispiel. Kessel 1 aus Beispiel A (${\eta }_{100}=\mathrm{0,97}$, ${\eta }_{30}=\mathrm{1,05}$) mit Brennwertkennlinie und dem Rücklauf 45 °C aus Auslegung für Verteilung: Die trockene Kurve beginnt bei $\mathrm{1,05}-\mathrm{0,08}=\mathrm{0,97}$ und ist damit flach; $g=(57-45)/27\approx \mathrm{0,444}$, also $\eta \approx \mathrm{0,97}+\mathrm{0,08}\cdot \mathrm{0,444}\approx \mathrm{1,006}$ in jeder Laststufe. Die Stunde mit 30 kWh Wärme braucht 29,8 kWh Brennstoff; beim Rücklauf 50 °C wären es 30,3 kWh ($\eta \approx \mathrm{0,991}$), bei 30 °C Rücklauf 28,6 kWh ($\eta =\mathrm{1,05}$). Ohne Brennwertkennlinie rechnet dieselbe Stunde mit $\eta \approx \mathrm{1,016}$ (Teillastkennlinie).

Takten

Ein Brennstoffkessel kann seine Leistung nur bis zur Mindestleistung $P_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}$ absenken. Braucht eine Laufstunde weniger Wärme $Q$, taktet er: Er läuft jeweils die Mindestlaufzeit $t_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}$ mit $P_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}$ und schaltet dazwischen ab. Die Stunde zählt so viele Starts, wie Mindestläufe die Wärme brauchen, höchstens so viele, wie ganz in die Stunde passen:

$n=\min (\lfloor \frac{60}{t_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}}\rfloor ,\lceil \frac{60\cdot Q}{P_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}\cdot t_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}}\rceil ),0<Q<P_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}\cdot \Delta t$

mit $t_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}$ in Minuten, $Q$ in kWh, $P_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}$ in kW und $\Delta t$ gleich einer Stunde.

Jede andere Laufstunde zählt einen Start, wenn der Kessel in der Stunde davor stand. Jeder Start kostet den Anfahrverlust je Start als Brennstoff; er geht in Brennstoffverbrauch, Jahresnutzungsgrad, Emissionen und die Brennstoffleistung der Stunde ein. Starts im Reiter ist die Summe über das Jahr.

Feld	Vorgabe bei leerem Feld
Mindestleistung	30 % der Nennleistung beim Gas-Brennwertkessel, 60 % bei jedem übrigen Brennstoffkessel
Anfahrverlust je Start	0,002 h mal Nennleistung (rund 7 Sekunden Brennstoff bei Nennlast)
Mindestlaufzeit	10 min

Ein gepflegter Wert geht vor. Ein Elektrokessel taktet nicht; seine Starts sind die Stunden, in denen er nach einem Stillstand wieder anläuft. Das Laufprotokoll nennt je Brennstoffkessel die drei Werte samt Herkunft (gepflegt oder Vorgabe) und im Jahr Starts, Laufphasen, Taktstunden und Anfahrverlust.

Beispiel. Kessel 1 aus Beispiel A, die drei Felder leer: Mindestleistung 15 kW (30 % von 50 kW), Mindestlaufzeit 10 min, ein Mindestlauf also 2,5 kWh; Anfahrverlust 0,1 kWh je Start. Eine Stunde mit 6 kWh Wärme liegt unter 15 kWh und zählt $\lceil 6/\mathrm{2,5}\rceil =3$ Starts, also 0,3 kWh Brennstoff zusätzlich. Eine Stunde mit 20 kWh moduliert und zählt nur dann einen Start, wenn der Kessel in der Stunde davor stand.

Betriebsbereitschaft

Steht ein Kessel in einer Stunde, verbraucht er seine Bereitschaftsleistung (Betriebsbereitschaftsverluste in kW, ein Prozentwert umgerechnet auf die Nennleistung) nur, wenn er betriebsbereit ist: an einem Heiztag oder in den 24 Stunden nach seiner letzten Laufstunde. Heiztag ist ein Tag, dessen mittlere Außentemperatur – das Mittel seiner 24 Stundenwerte aus den Klimadaten des Projekts – unter der Heizgrenze der Kesselbereitschaft liegt; leer gilt 15 °C, ein Tagesmittel genau auf der Grenze ist kein Heiztag. Ist die Betriebsbereitschaft größer 0 h/a, begrenzt sie die Bereitschaftsstunden je Kessel auf diesen Wert abzüglich seiner Laufstunden. Beide Werte stehen unter Konfiguration… an der Karte des Kessels und gelten für alle Kessel des Projekts (Simulation: Betriebsbereitschaft des Heizkessels); das Laufprotokoll nennt Heizgrenze und Zahl der Heiztage.

Beispiel. Kessel 1 aus Beispiel A mit 0,1 kW Bereitschaftsverlust: Steht er an einem Wintertag mit 2 °C Tagesmittel 20 Stunden still, verbraucht er in diesen Stunden 2 kWh Erdgas. An einem Sommertag mit 20 °C Tagesmittel verbraucht er im Stillstand nur, solange sein letzter Lauf höchstens 24 Stunden zurückliegt.

Brennstoffverbrauch und Emissionen

Der Verbrauch – Brennstoff der Laufstunden nach der Kennlinie, Anfahrverlust und Bereitschaftsverlust – geht nach dem Brennstoff des Kessels auf die Zähler Gas, Öl, Koks, Kohle, Holz, Pellets, Rapsöl, Tierische Fette oder Sonstige. Die Emissionsfaktoren kommen aus dem Emissionskatalog des Energieträgers, im Berechnungsmodus des Projekts (Emissionen); CO führt die Bilanz nicht.

Elektrokessel

Ein Kessel mit dem Energieträger Elektrische Energie ist ein Elektrokessel; als Energieträger im Projekt ist dann nur ein Stromträger zulässig. Sein Stromeinsatz ist seine Nutzwärme; Teillastkennlinie, Brennwertkennlinie und Takten gelten für ihn nicht. Er steht Stunde für Stunde im Reststrombedarf, den danach Photovoltaik und Stromspeicher mindern, und wird mit dem Netzbezug bewertet; einen Brennstoffverbrauch und eine eigene Kesselemission führt er nicht.

Ergebnisse

Der Reiter Heizkessel der Simulationsergebnisse zeigt von oben nach unten Wärmebedarfsdeckung, Wärmeproduktion der Spitzenkessel und Restwärmebedarf nach Kessel, den Brennstoffverbrauch der Spitzenkessel je Brennstoff und daneben die Gruppe Betrieb – Summe aller Kessel – mit Betriebsstunden gesamt, Starts, Bereitschaftsstunden und Bereitschaftsverlust; mit einem Brennstoffkessel kommen Mittlerer Wirkungsgrad im Betrieb, Brennstoff aus Teillast gegenüber Nennlast (negativ, wo die Teillast Brennstoff spart), Taktstunden unter der Mindestleistung und Anfahrverlust dazu, mit Brennwertkennlinie Mittlerer Rücklauf im Betrieb, Betriebsstunden im Brennwertbetrieb, Wärme im Brennwertbetrieb und Brennstoff aus Brennwertnutzung. Dann folgen die Modultabelle Wärmeproduktion der einzelnen Spitzenkessel mit Jahresnutzungsgrad, Starts, ${\eta }_{30}$ (mit „(Vorgabe)“ bei leerem Feld), Wirkungsgrad im Betrieb und mittlerer Laststufe je Kessel, mit Brennwertkennlinie dazu Rücklauf und Anteil des Brennwertbetriebs, das Diagramm der Wärmelast über das Jahr (Simulationsergebnisse) und am Ende unter Auslegung die Gesamte Wärmeleistung der Heizkessel und die Maximale Brennstoffleistung Gas (Hu). Der Wirkungsgrad im Betrieb ist die Wärme der Laufstunden geteilt durch ihren Brennstoff nach der Kennlinie, ohne Anfahr- und Bereitschaftsverlust; die Maximale Brennstoffleistung Gas (Hu) summiert die Jahreshöchstwerte aller Kessel, die nicht mit Heizöl rechnen, samt Anfahrverlust ihrer Stunde; mit Brennwertkennlinie ist der Teillastbrennstoff gegen die trockene Kurve gerechnet und der Brennwertbrennstoff der Unterschied zu ihr. Der Knopf CSV… in der Leiste des Diagramms (Simulationsergebnisse: Diagrammbedienung) führt je Brennstoffkessel den Wirkungsgrad jeder Stunde, mit Brennwertkennlinie auch den Rücklauf. Im Bericht steht je Stand die Kesseltafel mit Jahresnutzungsgrad, Brennwertbetrieb nach Stunden und nach Wärme und Starts.

Siehe auch

• Grundlagen/Kessel und Spitzenlast – die fachlichen Hintergründe
• Berechnung: Heizkessel – der Rechenweg mit Formeln
• Simulation – Kaskade, Wärmesenken und Konfiguration
• Simulation: Betriebsbereitschaft des Heizkessels – Heizgrenze und Betriebsbereitschaft
• BHKW – Beispiel B mit zwei Kesseln hinter dem BHKW
• Gerätekataloge: Heizkessel – Pflege des Katalogs
• Kosten und Energiepreise – Heiz- und Brennwerte sowie Emissionsfaktoren je Energieträger