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Saubere Verbrennung mit System

Damit die Energiewende gelingt, ist eine moderne und effiziente Heiztechnik mitentscheidend. Mit CleanEco und CleanVario hat ebm-papst zwei Komplettsysteme zur Verbrennungsreglung im Portfolio, die einen wichtigen Beitrag zu einer sauberen Zukunft leisten. Davon hat nicht nur die Umwelt etwas, sondern auch Hersteller, Installateure – und natürlich der Endverbraucher.


Wenn es um die klimaneutrale Zukunft geht, ist in der breiten Öffentlichkeit meist von Solarenergie oder Windkraft die Rede. Dabei gibt es noch einen weiteren Sektor, der jede Menge Energie schluckt und in der weltweiten CO2-Bilanz negativ zu Buche schlägt: Wärme. Allein in Deutschland macht dieser Posten mehr als 25 Prozent des gesamten Energieverbrauchs aus, in privaten Haushalten liegt der Anteil sogar bei 90 Prozent. Hinzu kommt, dass allein hierzulande knapp 12 Millionen Heizungen älter als zehn Jahre sind und damit häufig eine unbefriedigende Energiebilanz haben. Global gesehen dürfte der Nachholbedarf noch viel höher sein. Sprich: Soll die Energiewende gelingen, braucht es eine Wärmewende. Einen wichtigen Beitrag dazu leistet die inzwischen etablierte energieeffiziente Gas-Brennwert-Technik, die in den vergangenen 20 Jahren stetig weiterentwickelt und verfeinert wurde.

Entscheidend für die Effizienz dieser Brennwertgeräte ist die Verbrennung. Nur mit einem optimalen Mischungsverhältnis von Luft und Gas ist die Energieausbeute perfekt. Ein zu hoher Gasanteil führt zum Beispiel zu schädlichen Emissionen wie Ruß und Kohlenstoffmonoxid, zu viel Luft verschlechtert den Wirkungsgrad der Verbrennung. Daher ist es entscheidend, dass die Komponenten des Gas-Luft-Verbunds perfekt aufeinander abgestimmt sind. Seit Jahren hat sich dafür in der Praxis die pneumatische Verbrennungsregelung bewährt. Als zukunftsfähige Alternative gesellt sich die elektronische Verbrennungsregelung hinzu, langfristig dürfte sie die pneumatische Schwester sogar ablösen. Bis dahin werden aber beide Systeme parallel am Markt laufen. Für den Einsatz in Brennwertgeräten in Wohngebäuden bis 150 kW bietet ebm-papst beide Varianten als Komplettlösung an: CleanEco (pneumatisch) und CleanVario (elektronisch).

Bild 1: Funktionsschema der pneumatischen Verbrennungsregelung CleanEco (Grafik | ebm-papst)

CleanEco: Robust und bewährt

Das pneumatische Verbundsystem CleanEco besteht aus Gebläse, Venturi, Gasventil und der Steuereinheit (Boiler Control Unit – BCU) (zur Funktionsweise siehe Bild 1). Das Prinzip: Das Gebläse saugt die Luft an, durch die Verjüngung des Venturis entsteht dabei ein Unterdruck, der die Gaszufuhr über das Ventil steuert. Richtig eingestellt entsteht so die optimale Mischung aus Sauerstoff und Brennstoff. Das Gas-Luft-Gemisch bleibt dabei unabhängig von Gegendruck und verändertem Abgaswiderstand stabil. Über die Jahre haben die Ingenieure von ebm-papst das System soweit optimiert, dass inzwischen Modulationsgrade von 1:10 möglich sind und damit die Leistung des Kessels sich viel präziser an den tatsächlich benötigten Bedarf anpasst. Doch so bewährt und robust der pneumatische Verbund auch ist: Er ist abhängig von einer konstanten Gasqualität, da das Ventil genau auf die jeweilige Gasart eingestellt ist, die am Ort der Installation eingespeist wird.

CleanVario: Ein flexibles System

Bild 2: Elektronische Verbrennungsregelung CleanVario. (Grafik | ebm-papst)

Und genau hier findet gerade ein großer Umbruch statt. Der Blick nach Europa macht dies deutlich: Große Gasfelder, wie zum Beispiel in den Niederlanden sind nahezu erschöpft und neue Quellen müssen gefunden werden. Dazu gehören auch alternative Brennstoffe. Neben Erdgas strömen künftig auch Wasserstoff, Flüssiggas oder Biomethan aus Power-to-Gas-Anlagen durch die Leitungen. Das hat zur Folge, dass die Brennwertgeräte der Zukunft entsprechend flexibel reagieren und trotz dieser Schwankungen eine konstante Leistung erbringen müssen. Es ist also ein System notwendig, das gasadaptiv ist. Die Antwort auf diese Herausforderung gibt es bereits: den elektronischen Gas-Luft-Verbund, der bei ebm-papst unter dem Namen CleanVario läuft (Bild 2).

Beim Blick auf die Komponenten ist zunächst kein großer Unterschied erkennbar. Gebläse, Venturi, Steuereinheit und Gasventil gibt es auch hier, doch das Zusammenspiel ist ein anderes (zur Funktionsweise siehe Bild 3). Das Mischverhältnis wird hier nicht über den Unterdruck gesteuert, sondern durch die elektronische Ansteuerung des Gasventils. Die Gasventile bei CleanVario haben daher einen Schrittmotor über den präzise die Zufuhr geregelt werden kann. Doch damit das Ventil weiß, wie viel Gas es für die Mischung mit der Luft zur Verfügung stellen soll, benötigt es eine Kenngröße, die signalisiert, wenn die Mischung perfekt ist. In der Theorie liegt für die vollständige Verbrennung die ideale Mischung von Brennstoff und Luft bei einem Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1. Liegt der Wert unter eins, ist der Sauerstoffgehalt zu gering, ist er größer ist er zu hoch. Doch wie messen, ob die Verbrennung optimal verläuft? Am besten in der Flamme selbst.

Bild 3: Funktionsschema der elektronischen Verbrennungsregelung CleanVario (Grafik | ebm-papst)

Die Flamme ist entscheidend

Bei CleanVario setzt ebm-papst dabei auf die sogenannte Ionisationstechnologie. Diese macht sich zu Nutze, dass die Flamme elektrisch leitfähig ist. Wenn eine Spannung angelegt wird, kann eine Elektrode direkt an der Flamme den sogenannten Ionisationsstrom messen. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die Brennqualität ziehen: Ist der Strom zu klein, bekommt das Ventil das Signal mehr Gas zu liefern, ist er zu hoch, soll es drosseln (zur Ionisationstechnologie siehe Galerie unten).

Somit ist es möglich, die Verbrennung unabhängig vom Brennstoff zu steuern, das System kann sich damit ohne Einstellungsänderungen am Ventil an die Gasart selbständig anpassen und eine saubere Verbrennung liefern. Das funktioniert Stand jetzt auch, wenn bis zu 30 Prozent Wasserstoff beigemischt werden. Die große Herausforderung ist dabei jedoch, den Ionisationsstrom genau zu messen, da dieser im Mikroamperebereich liegt. Die Entwickler von ebm-papst haben daher viel Know-how in den Flammverstärker gesteckt, der, wie der Name schon sagt, die vom Sensor empfangenen Signale verstärkt. Wichtig ist, dass dabei Störsignale wie Netzbrummen herausgefiltert werden.

Intelligenz für die Zukunft

Ohne intelligente Software wären die so gewonnen Daten jedoch wertlos. Sowohl bei den pneumatischen als auch in den elektronischen Komplettsystemen von ebm-papst sitzt die Intelligenz in der Boiler Control Unit (BCU), der zentralen Steuereinheit. Sie regelt alle elektronischen Sicherheits- und Steuerfunktionen der Brennwerttherme.

Komplettsystem aus einer Hand

Sowohl bei CleanEco als auch CleanVario bekommen Hersteller ein perfekt aufeinander abgestimmtes Komplettsystem aus Boiler Control Unit (BCU), Gasventilen, Venturi und Gasgebläse. Mit seinem Lieferprogramm deckt ebm-papst vier Leistungsklassen ab: 2 – 35 kW, 4,5 – 50 kW, 9 – 80 kW und 15 – 150 kW.

Beim elektronischen System CleanVario kann sie die durch die kontinuierliche Verbrennungsüberwachung gewonnen Daten sammeln und auswerten, um letztlich im Sinne eines selbstlernenden Systems den Gerätebetrieb zu optimieren ganz im Sinne von GreenIntelligence. So können zum Beispiel die gespeicherten Abschaltzustände beim nächsten Start genutzt werden, um schnell auf optimale Startbedingungen zu kommen. Auch hinsichtlich einer vorausschauenden Wartung bietet der elektronische Verbund einen großen Vorteil, da sehr viel mehr Informationen über den Betrieb vorliegen. So deutet beispielsweise ein immer kleiner werdendes Flammsignal darauf hin, dass die Elektrode an der Flamme ausgetauscht werden muss.

Jeder profitiert

Mit CleanVario haben Hersteller die größtmögliche Flexibilität: Bei der Kesselkonstruktion gibt es für die Entwickler mehr Spielraum, weil das Ventil lageunabhängig im Gerät eingebaut werden kann. Da die Geräte gasadaptiv arbeiten, ist das nicht nur ein Vorteil hinsichtlich schwankender Gasbeschaffenheiten. Auch die Bedienung globaler Märkte ist deutlich einfacher, da das Gasventil nicht mehr an die spezifischen Gegebenheiten des jeweiligen Landes angepasst werden müssen. Installateure haben es ebenfalls deutlich einfacher, da sie das Gerät nur noch montieren müssen, ganz ohne aufwändige Konfiguration. Der Endkunde schließlich hat ein Gerät, das über die gesamte Lebensdauer eine saubere und zuverlässige Verbrennung liefert. Bleibt noch die Umwelt. Werden moderne Gas-Brennwert-Geräte flächendeckend eingesetzt, stehen die Chancen gut, dass die gesetzten Klimaziele auch erreicht werden. CleanEco und CleanVario helfen dabei. 

Das Beste aus zwei Welten

Vorteile mit CleanEco

  • Seit Jahren bewährtes und robustes System
  • Stabiles Gas-Luft-Gemisch unabhängig von Gegendruck und verändertem Abgaswiderstand
  • Hohe Modulation bis zu 1:10
  • Schnelle Leistungsmodulation
  • Einstellbare Luftüberschusswerte über den gesamten Modulationsbereich
  • Überwachung der hygienischen Verbrennung durch Flammensignal-Monitoring

Vorteile mit CleanVario

  • Saubere Verbrennung über die gesamte Lebensdauer
  • Zuverlässiger Start und Betrieb des Brenners.
  • Zeitlich und über den gesamten Modulationsbereich flexibles Gas-Luftverhältnis.
  • Automatische Gasfamilienerkennung und Anpassung an Installationsbedingungen.
  • Einfache Installation
  • Geeignet für alle bekannten Brenngase und Beimischungen von bis zu 30 Prozent Wasserstoff.
  • Kontinuierliche Verbrennungsüberwachung erlaubt verbesserte Diagnose und vorausschauende Wartung
  • Mehr Flexibilität bei der Kesselauslegung

 

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