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Gasventil optimiert Verbrennung selbstständig

Keine Probleme mehr bei Veränderung des Gasgemischs


Moderne Gasheizungen arbeiten effizient und umweltfreundlich, aber steigende Energiepreise und eine breitere Rohstoffbasis erfordern auch hier neue Konzepte. So werden zunehmend aus Preisgründen und zur Sicherung der Versorgung neue Gaslieferanten einbezogen. Als Folge davon kann die Gaszusammensetzung schwanken. Dies wiederum bedingt bei herkömmlichen Gasheizungen eine aufwendige Abstimmung der Gasmischer auf die aktuellen Heizwerte des angelieferten Gases.

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Bild 1: Bindeglied zwischen Gas und Steuerung, das neue Gasventil F01

Ein neues Gasventil mit Schrittmotorregelung und elektronischer Ansteuerung passt sich jetzt automatisch den Gasqualitäten an. Das erlaubt zum einen die schnelle Einrichtung der Heizung und vermeidet andererseits Folgekosten bei Qualitätswechseln im Gas.
Eine Heizung arbeitet nur bei einem eng begrenzten Mischungsverhältnis Luft zu Brennstoff optimal wie beispielsweise ein Automotor. Der sogenannte Lambdawert, das Gas-Luft-Verhältnis, liegt bei Erdgas im Bereich von 1,3. Je nach Fördergebiet oder der Menge an Biogaseinspeisung ändert sich der Gehalt an Stickstoff beträchtlich.

Konventionelle mechanische Zumischregler können solche Schwankungen nicht ausgleichen und müssen dann neu eingestellt werden. Das neue Gasventil F01 von ebm-papst Landshut dagegen löst das Problem der Nachregelung bei unterschiedlichen Gasqualitäten elegant: Dank elektronischer Steuerung sind keine manuellen Einstellungen mehr nötig. Die Verbrennung läuft immer optimal, sparsam und umweltfreundlich ab.

Erdgas aus vielen Quellen

Die Liberalisierung des Gasmarktes verpflichtet die Versorgungsunternehmen, Gase unterschiedlicher Hersteller durch ihre Netze zu leiten. Bei Versorgungsengpässen werden auch Gase unterschiedlicher Gebiete gemischt bzw. Biogas mit eingespeist. Das so entstehende Mischgas weist oft erhebliche Schwankungen im Heizwert auf, trotz Grenzwerten, auf die sich die Versorgungsunternehmen geeinigt haben.

Für die Verbrennung bedeutet das, dass die Menge der nötigen Verbrennungsluft angepasst werden muss. In der Praxis verursacht z. B. ein Wechsel von hochkalorischem (sogenanntem H-Gas) auf niederkalorisches Erdgas (L- oder gar LL-Gas) Einbußen bei der Heizleistung im zweistelligen Prozentbereich, wenn das Mischungsverhältnis nicht entsprechend eingestellt wird.

Damit einhergehend steigt auch der Schadstoffausstoß der Heizung. Der konventionelle mechanisch-pneumatisch geregelte Gas-Luft-Verbund ist solchen Schwankungen nicht gewachsen und erfordert daher immer eine manuelle Nachjustierung. Bei der neuen elektronischen Verbrennungsregelung wird dagegen ständig automatisch über das Gasventil (Bilder 2a, 2b) nachgeregelt und so die optimale Brennstoffausnutzung sichergestellt.

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Modularer Aufbau: Sicherheitsmodul und Schrittmotormodul und Gehäuse

Elektronisch geregelt

Das mikroprozessorgesteuerte System erkennt die Qualität der Verbrennung und optimiert diese unabhängig vom Aufstellungsort und der angeforderten Wärmemenge. Dazu sind drei Parameter wichtig: die Wärmeanforderung, der Luftmassenstrom und die Gasqualität. Der Luftmassenstrom wird anhand der gewünschten Wärmemenge eingestellt, da er proportional zur Leistung ist. Ein Massenstrommesser, im Ventilator integriert, misst den Luftdurchsatz.

Die Gaszusammensetzung kann bei den üblichen Vormischbrennern durch eine besondere Eigenschaft der Gase einfach erfasst werden: Bei gleicher Wärmebelastung und gleichem Luftüberschuss (gleichem Lambdawert) haben alle Gase einer Gasfamilie identische Temperaturen am Brenner. Damit lässt sich die optimale Verbrennung mit konstantem Lambda in Abhängigkeit von der Temperatur am Brenner und dem Massestrom der Verbrennungsluft zuverlässig regeln.Je nach Heizung kann so der Luftüberschuss über den gesamten Modulationsbereich eines Heizgerätes konstant gehalten werden. Voraussetzung für ein solches Vorgehen ist eine präzise und schnelle Regelung des Gasstroms nach Vorgabe der Elek­tronik.

Gasventil als Aktor

Um die gegebenen Informationen umzusetzen, ist das neue Gasventil F01 mit einem Schrittmotor ausgestattet. Das deterministische Verhalten des Motors, ein Impuls entspricht einem Schritt, vereinfacht die Regelung ohne Einbußen bei Präzision und Sicherheit. In der Praxis erlaubt das neue Ventil anstatt des bisher üblichen 1:4 beim pneumatischen Verbund nun einen Regelungsbereich von 1:10. Das Ventil regelt zuverlässig Gasmengen im Bereich von 1 bis 40 kW Nennleistung. Im Extremfall erlaubt es diese Regelungsbreite, beispielsweise bei einem minimalen Wärmebedarf die Heizleistung von 20 kW Nennleistung hinab auf nur 2 kW Heizleistung zu reduzieren.

Dadurch werden häufige Brennerstarts vermieden. Durch kürzere Stillstandzeiten steigt der Wirkungsgrad der Heizung bei gleichzeitig geringerem Schadstoffausstoß. Das modular aufgebaute Gasventil vereint bewährte Sicherheitstechnik mit einem modernen elektronikkompatiblen Stellglied, dem Schrittmotor mit Druckregler. Der Aufbau ist einfach: Nach dem bereits bewährten Sicherheitsventil strömt das Gas zum Ventilteller. Dieser wird nach Vorgabe der Steuerung durch den Schrittmotor präzise angehoben oder abgesenkt und der Brenngasstrom so exakt dosiert. Das neue Gasventil vereinfacht gleichzeitig die Inbetriebnahme von Gasheizungen.

Denn durch ständiges Überwachen und Nachregeln werden nicht nur Schwankungen im Heizwert des Brenngases ausgeglichen, sondern auch die Aufstellung der Heizung in unterschiedlichen Höhenlagen wird automatisch erfasst und der Gasbedarf bzw. der nötige Verbrennungsluftstrom entsprechend eingestellt. Für den Monteur entfallen zeitaufwendige Einstellungen der Heizung vor Ort.

 

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