Programm Dokumentation/Berechnung/Heizkessel

Was berechnet wird

Der Heizkessel ist die Spitzenlast- und Rückfallstufe der Wärmeversorgung. In jeder Stunde deckt er den Bedarf, der nach den vorgelagerten Erzeugern noch offen ist, und lädt — als letzter Lader der Kaskade — Pufferspeicher nach. Ergebnisgrößen sind die Nutzwärme (Direktdeckung plus Speicherladung), der Brennstoffverbrauch einschließlich der Stillstandsverluste, die Emissionen, der Jahresnutzungsgrad je Kessel, die Gasspitze und die verbleibende Restwärme.

Der Brennstoffverbrauch entsteht stündlich, nicht als Jahrespauschale: Läuft der Kessel in einer Stunde, folgt sein Verbrauch dem Wirkungsgrad; steht er, wird ihm der anteilige Bereitschaftsverlust angelastet.

Eingangsgrößen

Größe	Einheit	Herkunft im Programm
Offener Wärmebedarf je Kanal (Heizung, Brauchwasser, Prozess)	kWh je Stunde	Ergebnis der vorgelagerten Kaskadenstufen
Thermische Nennleistung	kW	Kesselkatalog, Feld „P thermisch"
Brennstoff (Energieträger)	—	Kesselkatalog, Feld „Energieträger"; im Projekt änderbar über „Brennstoff Variante"
Wirkungsgrad Gas	— bzw. %	Kesselkatalog, Feld „Wirkungsgrad Gas"
Wirkungsgrad Öl	— bzw. %	Kesselkatalog, Feld „Wirkungsgrad Öl"
Betriebsbereitschaftsverlust	%	Kesselkatalog, Feld „Betriebsbereitschaftsverlust"
Emissionsfaktoren CO₂, SO₂, NOₓ, Staub	g/MWh	Energieträgerkatalog (Brennstoff) — nicht der Kesselkatalog, siehe „Grenzen und Annahmen"
Vorlauf, Rücklauf	°C	Dialog „Heizkessel", Abschnitt „Modul", Felder „Vorlauf" und „Rücklauf" (nur für den Quellbezug aus einem Puffer)
Wärmesenken und Ladeaufträge	—	Simulationskonfiguration, Karte des Kessels („Wärmesenke", „Pufferspeicher")
Ladepriorität	1…99	Simulationskonfiguration; Vorgabe 40 für den Heizkessel
Kaskadenplatz	1…4	Simulationskonfiguration, Kaskadenband

Rechenweg

Gerechnet wird im festen Jahresraster von 8 760 Stunden. Höchstens zehn Kessel je Projekt gehen in die Rechnung ein.

Schritt 1 — Kesseldaten auflösen

Je Kessel werden Nennleistung, Brennstoff, die beiden Wirkungsgrade und der Bereitschaftsverlust gelesen, dazu die Emissionsfaktoren des Brennstoffs. Zwei Werte werden dabei auf ihre Einheit geprüft:

• Wirkungsgrad: Ein Wert über 1,5 gilt als Prozentangabe und wird durch 100 geteilt. Die

 Schwelle liegt nicht bei 1,0, weil Brennwertkessel auf den Heizwert bezogen bis rund 104 %
 erreichen — als Faktor 1,035 gespeichert wäre ein solcher Wert mit der Schwelle 1,0 auf 0,01
 zerlegt worden.

• Bereitschaftsverlust: Ein Wert über 1,0 gilt als Prozentangabe und wird durch 100

 geteilt.

Schritt 2 — Wärmeabgabe der Stunde

Zu Beginn jeder Stunde steht jedem Kessel seine volle Nennleistung zur Verfügung. Er deckt dann, solange Leistung übrig ist, den offenen Bedarf seiner Direktsenken — bei der Senkenart „beides" mit Warmwasservorrang:

Menge = min( verfügbare Kesselleistung ; offener Bedarf der eigenen Senkenkette )

Ein Kessel ohne Direktsenke deckt hier nichts; er lädt ausschließlich. Danach lädt er in der Ladephase seine Pufferspeicher bis zu deren Abschaltschwelle — mit dem Vorgaberang 40 ist er der letzte Lader der Kaskade (Solarthermie 10, Wärmepumpe 20, BHKW 30), lädt also nur, was die anderen offen gelassen haben.

Schritt 3 — Wärmequelle Pufferspeicher (Kessel-Kaskade)

Ist dem Kessel ein Pufferspeicher als Wärmequelle zugeordnet, tritt dessen Temperatur an die Stelle des Systemrücklaufs. Der Kessel hebt dann nur noch den Rest an:

Anteil   = (T_Quelle − T_Rücklauf) / (T_Vorlauf − T_Rücklauf)      auf 0…1 begrenzt
Q_Puffer = Anteil · Q_nutz          (Entnahme aus dem Quellspeicher)
Q_Kessel = Q_nutz − Q_Puffer        (nur dieser Teil kostet Brennstoff)

Die Nennleistung begrenzt dabei den eigenen, brennstoffbasierten Beitrag; die Wärme aus dem Puffer kommt obendrauf:

Q_nutz(max) = min( P_nenn / (1 − Anteil) ; P_nenn + Inhalt des Quellpuffers )

Liefert der Puffer weniger, springt der Brennstoff für den Fehlbetrag ein — die Abgabe an den Kanal bleibt dieselbe. Bei einem geteilten Quellpuffer (er ist zugleich Senke eines anderen Erzeugers) folgt die Quelltemperatur stündlich dem Speicherzustand an der Entnahmehöhe; ein eigenständiger Quellspeicher bleibt bei seiner festen Temperatur.

Ohne Quellpuffer sind Anteil und Q_Puffer exakt 0, und die Rechnung ist die des einfachen Falls.

Schritt 4 — Brennstoffbilanz der Stunde

Sie läuft genau einmal je Stunde und Kessel, nach Bedarfsdeckung, Ladephase und Nachentladung. Erst dann steht fest, was der Kessel insgesamt abgegeben hat.

Ölkessel?   Brennstoff-ID 6…9 oder 18…22  →  η = Wirkungsgrad Öl
sonst                                     →  η = Wirkungsgrad Gas
fehlt η oder ist η ≤ 0                    →  η = 0,90   (Rückfall)

hat der Kessel in dieser Stunde etwas abgegeben?
  ja   →  Verbrauch = Q_Kessel / η                       (kein Stillstandsverlust)
  nein →  Verbrauch = Bereitschaftsverlust · P_nenn       (einmal, nicht je Kanal)

Der Bereitschaftsverlust genau einmal je Stunde zu buchen, ist die zentrale Bedingung: Fiele die Entscheidung je Kanal, entstünde er in einer Stunde zweimal, und der Jahresnutzungsgrad kippte entsprechend. Maßgeblich für „läuft der Kessel?" ist die Abgabe, nicht der brennstoffbasierte Anteil — ein Kessel, der vorgewärmtes Wasser nur noch geringfügig anhebt, steht nicht still.

Bei Gaskesseln wird nebenher die Gasspitze mitgeführt: der höchste Wert von Q_Kessel/η über das Jahr, aufsummiert über alle Gaskessel. Liegt der Gasverbrauch des Projekts unter 0,1 MWh, wird sie auf 0 gesetzt.

Schritt 5 — Jahresbilanz, Emissionen, Nutzungsgrad

Nutzwärme und Verbrauch werden je Kessel auf MWh umgerechnet. Der Verbrauch geht auf den Brennstoffzähler seiner Gruppe:

Zähler	Brennstoff-Kennung
Gas	1…5 und 14 (Biogas)
Öl	6…9 und 18…22
Koks	10
Kohle	11
Holz	12
Strom (Elektrowärme)	13 — der Verbrauch wird zusätzlich als Strombedarf geführt, die Kesselganglinie wird zur Stromganglinie
Pellets	15
Rapsöl	16
Tierische Fette	17
Sammelposten „Sonstige"	alles Übrige, unter anderem 23 (Fernwärme), 24 (Sonstige Energieträger), 25 (Wasserstoff)

Die Emissionen folgen dem gemessenen Jahresverbrauch:

Emission [kg] = Verbrauch [MWh] · Faktor [g/MWh] / 1000

Der Jahresnutzungsgrad wird aus den Jahressummen gebildet, nicht aus Volllastwerten:

η_Jahr = Nutzwärme / Gesamtverbrauch · 100                          [%]
  über 110 %  →  auf 108 % gesetzt
  unter 1 %   →  auf 1 % gesetzt
  Kessel stand das ganze Jahr  →  0

Der Gesamtverbrauch enthält die Stillstandsstunden; deshalb liegt der Jahresnutzungsgrad unter dem Volllastwirkungsgrad des Katalogs, und zwar umso deutlicher, je kürzer der Kessel läuft.

Grenzen und Annahmen

• Die fünf Emissionsspalten des Kesselkatalogs rechnen nicht mit (Befund W14a‑E‑8‑B1 vom

 06.09.2026). CO₂, SO₂, NOₓ, CO und Staub lassen sich am Kessel pflegen, der Lauf holt die Faktoren
 aber aus dem Energieträgerkatalog. Beim BHKW ist es umgekehrt: Dort zählen die Gerätewerte.
 Zwei Masken, die gleich aussehen, mit einem Unterschied, der im Katalogdialog jetzt als „nur
 Anzeige" beziehungsweise „Simulation" ausgewiesen ist.

• Kein CO in der Bilanz. Der Energieträgerkatalog führt keinen CO-Faktor; die CO-Emission des

 Kessels ist deshalb immer 0.

• Kein Teillastwirkungsgrad. Es gibt einen Wirkungsgrad je Brennstoffart, unabhängig von der

 Auslastung der Stunde. Ein modulierender Kessel wird damit nicht besser und nicht schlechter
 gerechnet als ein voll laufender.

• Keine Taktung. An- und Abschalten innerhalb einer Stunde, Anfahr- und Abstrahlverluste über

 den Bereitschaftsverlust hinaus, Mindestlaufzeiten und Mindestpausen bildet das Modell nicht ab.

• Der Bereitschaftsverlust hängt an der Nennleistung, nicht an der Kesseltemperatur und nicht

 am Speicherzustand.

• Keine Brennwertrechnung als eigener Weg. Der Brennwertvorteil steckt im Wirkungsgrad des

 Katalogs — deshalb sind dort Werte über 100 % zulässig und beabsichtigt.

• Keine hydraulische Grenze zwischen Quellpuffer und Kessel. Der Speicher hat eine Lade- und

 Entladeleistungsgrenze; einen eigenen Wärmeübertrager zwischen Puffer und Kessel kennt das Modell
 nicht.

• Höchstens zehn Kessel je Projekt.
• Investitions-, Wartungs- und Brennstoffkosten sind Sache der Wirtschaftlichkeit, nicht des

 Laufs; der Lauf liefert ihr die Mengen.

Ergebnisse und wo sie stehen

• Simulationsergebnis, Reiter „Heizkessel" — je Kessel Nutzwärme, Brennstoffverbrauch,

 Jahresnutzungsgrad, Deckungsanteil und Emissionen; dazu die Ganglinie der Kesselleistung.

• Simulationsergebnis, Reiter „Übersicht" — der Deckungsanteil des Kessels an der

 Jahreswärme und die verbleibende Restwärme.

• Simulationsergebnis, Reiter „Wärmegang" — Direktdeckung und Speicherladung im Stapel der

 Erzeuger.

• Simulationsprotokoll — nicht hinterlegte Kessel, wirkungslose Quellbezüge, Kessel zwischen

 zwei Erzeugern derselben Speicherstufe.

• Bericht und Wirtschaftlichkeit — Brennstoffmengen, Gasspitze und Emissionen gehen von

 hier in die Kosten- und CO₂-Rechnung.

Bezüge

• Heizkessel — Bedienung des Dialogs, Katalog, Brennstoffvarianten
• Berechnung: Simulationsablauf — Kaskade, Stundenschleife, Reihenfolge der Erzeuger
• Berechnung: Pufferspeicher — Ladeordnung, Schwellen und der Quellbezug der Kessel-Kaskade
• Berechnung: BHKW — der Erzeuger, der vor dem Kessel lädt, und der die Gerätewerte für die Emissionen nutzt
• Berechnung: Wärmebedarf — woher der Bedarf kommt, den der Kessel deckt
• Emissionen — Herkunft und Pflege der Emissionsfaktoren
• Wirtschaftlichkeit — Brennstoffkosten, Wartung und Kapitaldienst