Die Kondensationswärme ist die bei der Kondensation von Gasen, wie beispielsweise Wasserdampf, frei werdende Wärme. Sie entspricht dem negativen Wert der Verdampfungswärme. Die Nutzung dieser Wärme mittels sogenannter Brennwertkessel führt zu einem verbesserten Wirkungsgrad dieser Heizkessel.
Definition der spezifischen Kondensationswärme
Um die exakte Höhe der Kondensationswärme zu berechnen, nimmt man häufiger auf die spezifische Kondensationswärme Bezug. Diese wird ermittelt, indem man die frei werdende Wärmemenge durch die Menge der kondensierenden Substanz dividiert. Dabei wird die Substanz zumeist als Masse, manchmal jedoch auch als Volumen, angegeben.
Brennwertkessel nutzen die Kondensationswärme
Ein Brennwertkessel ist ein Heizkessel zur Warmwasserbereitstellung, welcher den in dem eingesetzten Brennstoff enthaltenen Energiegehalt (Brennwert) fast vollständig nutzt. Dies geschieht durch die Herunterkühlung der Abgase, sodass diese kondensieren. Somit kann die latente Wärme (Kondensationswärme) des im Rauchgas enthaltenen Wasserdampfes ebenfalls zur Wärmebereitstellung genutzt werden.
Hierbei entspricht die Energie der beim Kondensieren des Wasserdampfs frei werdenen Wärme laut dem Energieerhaltssatz exakt der Energie, welche zuvor für das Verdampfen des Wasserstoffs benötigt wurde.
Höhe des Brennwerteffekts
Die Nutzbarmachung der Kondensationswärme mittels moderner Brennwerttechnik ermöglicht eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Brennstoffes, welche man als Brennwerteffekt bezeichnet. Dabei ist der Brennwerteffekt umso höher, desto größer der Wasserstoffanteil des Brennstoffs ist.
Energieersparnis
Die durch den Brennwerteffekt mögliche Energieeinsparung richtet sich nach dem verbrannten Energieträger:
- Wasserstoff: rund 18 Prozent
- Erdgas: rund 11 Prozent
- Heizöl (leicht): rund 6 Prozent
- Kohle (theoretisch): 2 bis 3 Prozent
Zur Nutzbarmachung des Brennwerteffekts haben sich zwei Technologien etabliert:
- Vollbrennwerttechnik (von der Last- und Rücklauftemperatur unabhängiges System)
- Niedrigtemperatur-Brennwerttechnik (von der Last- und Rücklauftemperatur abhängig)
Vollbrennwerttechnik
Bei der Vollbrennwerttechnik wird dem Brennwertkessel zunächst die für den Verbrennungsvorgang notwendige frische Luft zugeleitet. Diese Luft wird bereits innerhalb des Heizkessels mittels der heißen Abgase am zweiten Wärmetauscher erwärmt. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird am ersten Wärmetauscher an das Heizsystem übertragen. Das auf diese Weise erwärmte Heizwasser wird anschließend mittels einer Heizungspumpe in das Heizungssystem geleitet.
Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden mithilfe des kälteren Heizwassers im Rücklauf sowie der, anfangs beschriebenen, zum Verbrennungsvorgang notwendigen kalten Luft abgekühlt. Dabei führt die Kondensation des Wasserdampfs am zweiten Wärmetauscher (Kondensationswärmetauscher) zur Freisetzung der latenten Kondensationsenergie. Durch die Abgabe dieser Energie an das Heizwasser des Rücklaufs wird für die folgende Erwärmung des Heizwassers weniger Energie benötigt.
Niedrigtemperatur-Brennwerttechnik
Bei der Niedrigtemperatur-Brennwerttechnik wird der Brennwerteffekt mittels relativ niedriger Systemtemperaturen oder mittels einer Reduzierung der Rücklauftemperatur erzielt. Im zweiten Fall bewirken die niedrigen Rücklauftemperaturen eine Abkühlung und Kondensation der bei dem Verbrennvorgang entstehenden Abgase.
Im Unterschied zur Vollbrennwerttechnik wird bei der Niedrigtemperatur-Brennwerttechnik jedoch nicht die für die Verbrennung notwendige Frischluft für den Brennwerteffekt nutzbar gemacht. Deshalb wird dieses System als von der „Last- und Rücklauftemperatur abhängig“ bezeichnet. Da die Rücklauftemperaturen bei derartigen Systemen gewöhnlich unter 30°C liegen, eignet sich diese Technologie insbesondere für Niedrigtemperatursysteme wie beispielsweise Fußbodenheizungen.