Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der W\u00e4rmebedarf von Wohneinheiten nimmt, flankiert durch Vorgaben des Gesetzgebers, in Zukunft weiter ab. Parallel dazu werden die Grenzwerte f\u00fcr die maximal zul\u00e4ssigen Schadgasemissionen der Heizanlagen versch\u00e4rft und die emissionsintensiven und im intermittierenden Betrieb bei Teillast sehr h\u00e4ufigen Start\/ Stop-Betriebsphasen konventioneller \u00d6l-Heizsysteme strenger bewertet. Ziel dieses Vorhabens ist es, die f\u00fcr die Verbrennung gasf\u00f6rmiger Brennstoffe bereits erfolgreich demonstrierten Vorteile der Porenbrennertechnik (sehr niedrige Schadstoffemissionen, \u00e4u\u00dferst breiter Bereich der Leistungsmodulation bis 1:20, hohe Energiedichte und damit kleine Baugr\u00f6\u00dfe, minimale Ger\u00e4uschemission) auch f\u00fcr die Verbrennung von Heiz\u00f6l nutzbar zu machen. In Verbindung mit einem neuen Konzept f\u00fcr die \u00d6l-Brennwerttechnik erschlie\u00dft diese Technologie ein hohes Einsparpotenzial hinsichtlich Energieverbrauch und Schadstoffemissionen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAuf der Basis bestehender Ans\u00e4tze und Labormuster f\u00fcr die Porenbrennertechnik mit fl\u00fcssigen Brenn-stoffen wurde zun\u00e4chst ein Ger\u00e4tekonzept erarbeitet. Zur Verdampfung des \u00d6ls wurde ein Kalte-Flamme-Verdampfer speziell f\u00fcr die vorliegende Applikation konstruiert und mit der neuen emissionsar-men, kompakten Porenbrennertechnik kombiniert. Die Arbeiten bzgl. des Kalte-Flamme-Verdampfers konzentrierten sich einerseits auf die Z\u00fcndung der kalten Flammen, die \u00fcblicherweise vorgew\u00e4rmte Luft ben\u00f6tigen, deren externe Aufheizung energetisch ung\u00fcnstig ist und andererseits auf die Vermeidung von Selbstz\u00fcndungen im Verdampfer. Ein besonderer Schwerpunkt lag bei der Einstellung des optimalen W\u00e4rmehaushaltes des Brenner-Verdampfersystems sowie der Entwicklung neuartiger Keramiken, die den extremen Betriebsbedingungen standhalten k\u00f6nnen. Die Arbeiten am kombinierten Neutralisations-bad und Brennwertmodul konzentrierten sich auf die Einhaltung der vollst\u00e4ndigen Neutralisation und Kondensation des Abgases. Die Realisierung einer hohen Leistungsmodulation von ca. 1:10 erwies sich von Anfang an als erreichbar. Aus diesem Grund wurden nicht, wie urspr\u00fcnglich geplant, 2 Ger\u00e4tegenerationen mit jeweils 3 Prototypen und einer Leistungsmodulation von jeweils 1:5 und 1:10, sondern insgesamt 4 Prototypen mit der vollen Leistungsmodulation von 1:10 realisiert. Als por\u00f6se Struktur wurde ein Al2O3-Porenk\u00f6rper anstelle der im Projektplan vorgesehenen SiC-Keramik genutzt, weil sich die SiC-Keramiken zun\u00e4chst als thermisch instabil erwiesen hatten. Der sp\u00e4tere Wechsel von der Al2O3-Brennraumkeramik auf den nach intensiver Optimierung eine sehr gute thermische Stabilit\u00e4t aufweisenden SiC-Porenk\u00f6rper war nicht ohne Weiteres m\u00f6glich, da das System \u00e4u\u00dferst empfindlich ge-gen\u00fcber Ver\u00e4nderungen am W\u00e4rmehaushalt reagierte. Auf Grund der Versp\u00e4tungen in der SiC-Keramikentwicklung und den anschlie\u00dfenden Schwierigkeiten bei der Anpassung des W\u00e4rmehaushaltes von Al2O3-Keramik auf SiC-Keramik war eine Verl\u00e4ngerung der Projektlaufzeit bis zum 31.08.2001 notwendig, um die Langzeittests noch durchf\u00fchren zu k\u00f6nnen. Es entstanden dabei Mehrkosten in H\u00f6he von ca. 140 TDM. Die Bundesstiftung Umwelt hat einen Teil der entstandenen Mehrkosten \u00fcbernommen und eine Erh\u00f6hung der urspr\u00fcnglichen F\u00f6rdersumme von 800 TDM auf 870 TDM bewilligt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die wesentlichen Ziele des Projektes konnten erreicht werden: Es wurde ein hochmodulierendes System erstellt, das auf der Kombination der Kalte-Flamme-Verdampfung und der Porenbrennertechnik basiert. Ebenso wurden gute Emissionswerte erreicht, wobei die NOX-Emissionen durchaus noch Potenzial zur Verbesserung aufweisen. Alle g\u00e4ngigen Normen k\u00f6nnen jedoch erf\u00fcllt werden. Ein weiterer wichtiger Anspruch war die Brennwertnutzung \u00fcber den gesamten Modulationsbereich, der mit dem speziell entwi-ckelten W\u00e4rmetauscher-Neutralisationsbad umgesetzt werden konnte. Durch die hohe Modulationsf\u00e4hig-keit ergab sich eine zus\u00e4tzliche Verbesserung gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen Systemen hinsichtlich des Nutzungsgrades, da Abk\u00fchlverluste vermieden werden. Hieraus erg\u00e4be sich bei Nutzung dieser Technik in der Heizungstechnik eine Verminderung des \u00d6lressourcenverbrauches und somit eine geringere CO2-Freisetzung. Dies ist ein wesentlicher Punkt, da Brennwerttechnik in der \u00d6lheiztechnik fast gar nicht ein-gesetzt wird. Ebenso zeigten sich die Komponenten, die auf Grund der Brennwertnutzung und des im \u00d6l vorhandenen Schwefels einer h\u00f6heren Belastung als in nicht kondensierenden Systemen ausgesetzt sind, keine M\u00e4ngel nach den Dauertests. Da jedoch zurzeit dar\u00fcber debattiert wird, ob der Schwefelgehalt in zuk\u00fcnftigen Heiz\u00f6lqualit\u00e4ten erheblich reduziert wird, kann evtl. auf das Neutralisationsbad bei Zu-kunftsentwicklungen verzichtet werden.
\nEbenfalls ist die Herstellung und die Qualit\u00e4t des Grundmaterials der SiC-Keramiken deutlich verbessert worden und entsprach in den vorl\u00e4ufigen Tests den gestellten Anforderungen. Als kritisch erwies sich je-doch der Aufbau des Systems in einer Ringgeometrie, da auf diese Weise eine sehr starke Kopplung der W\u00e4rmehaushalte von Brenner und Kalte-Flamme-Verdampfer entsteht. Nachdem die \u00e4u\u00dferst umfangreichen Anpassungsarbeiten der Flammensperre erfolgreich mit den Al2O3-Strukturen durchgef\u00fchrt wurden, war der W\u00e4rmetransport in den Verdampfer bei dem Einsatz von Al2O3-Keramiken offensichtlich wesentlich geringer als bei den SiC-Strukturen, mit denen kein stabiler Betrieb erreicht werden konnte. Aus die-sem Grunde war es nicht m\u00f6glich, die SiC-Strukturen im Dauerversuch zu testen. Aus den genannten Gr\u00fcnden liegt f\u00fcr zuk\u00fcnftige Arbeiten eine thermische Entkopplung der beiden Systeme nahe.
\nAu\u00dferdem zeigten die Al2O3-Keramiken auf Grund von Rissen in der Isolierung, dass noch Entwicklungen hinsichtlich der Keramik und der Isolierungsmethode notwendig sind. Diese Problematik w\u00fcrde sich aber ebenfalls entsch\u00e4rfen, wenn keine Ringgeometrie gew\u00e4hlt wird.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Heidermann, T., Keppler, M., Rutsche, A., Hatzfeld, O., K\u00f6hne, H., Lucka, K., Rudolphi, I., Trimis, D., Durst, F.; Der \u00d6lporenbrenner f\u00fcr die Haushaltsfeuerung, VDI-Berichte Nr. 1492, 1999, S. 623 – 628. Vorgestellt auf dem Deutschen Flammentag 1999, ausgezeichnet mit der Wilhelm-Jost-Medaille der Deutschen Sektion des Combustion Institute<\/p>\n
Trimis, D.; Stabilized Combustion in Porous Media – Applications of the Porous Burner Technology in Energy- and Heat-Engineering, AIAA 2000 – 2298, FLUIDS 2000 Conference and Exhibit, 2000 Denver, Colorado<\/p>\n
Heidermann, T., Rutsche, A., Tanke, D., Hatzfeld, O., K\u00f6hne, H., Lucka, K., Rudolphi, I., Durst, F., Trimis, D., Wawrzinek, K.; The Porous Medium Oil Burner applied to a Household Heating System, 2nd European Conference on Small Burner and Heating Technology ECSBT2, Stuttgart, Germany, 2000\t<\/p>\n
Trimis, D., Wawrzinek, K., Hatzfeld, O., Lucka, K., Rudolphi, I., Rutsche, A., K\u00fcchen, C., Kr\u00fcger, K., Haase, F.; Hochmodulierender \u00d6lporenbrenner mit Gemischbildung durch kalte Flammen, 3. Aachener Kollo-quium Heizw\u00e4rme aus \u00d6lverbrennung, Aachen, Deutschland, 2000<\/p>\n
Trimis, D., Wawrzinek, K., Hatzfeld, O., Lucka, K., Rutsche, A., Haase, F., K\u00fcchen, C.; High modulation burner for liquid fuels based on porous media combustion and cool flame vaporization, Sixth International Conference on Technologies and Combustion for a Clean Environment, Volume II, OPorto, Portugal, 2001, pp. 717 – 224<\/p>\n
Trimis, D., Wawrzinek, K., Hatzfeld, O., Lucka, K., Rutsche, A., Haase, F., Kr\u00fcger, K., K\u00fcchen, C.; A novel porous burner for liquid fuels based on porous media combustion and cool flame vaporization, Combustion and the Environment, Italian Section of the Combustion Institute, S. Margerita Ligure, 2001, pp. VI 31 – 34<\/p>\n
IWO; Der \u00d6lporenbrenner f\u00fcr die Haushaltsfeuerung, Messebrosch\u00fcre des IWO auf der Intherm 2000 und ISH 2001<\/p>\n
D. Trimis, D., Lucka, K.; Porenbrenner f\u00fcr fl\u00fcssige Brennstoffe mit Gemischbildung durch kalte Flammen, VDI TGA Brennertagung 2002, Hannover.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Obgleich noch ein erhebliches Optimierungspotenzial vorliegt, haben die im Rahmen des Forschungsprojektes durchgef\u00fchrten Untersuchungen gezeigt, dass sich das \u00d6lporenbrennersystem insbesondere durch seine gro\u00dfe Leistungsmodulationsweite, seine kompakte Bauart, die niedrigen Schallemissionen, seinen hohen energetischen Nutzungsgrad und durch sehr niedrige Schadstoffemissionen im modulierenden Betrieb auszeichnet, womit es signifikante Vorteile gegen\u00fcber dem Stand der Technik bei \u00d6l-brennerheizsystemen aufweist. Das entwickelte Ger\u00e4t zeigt, dass die technologische und \u00f6kologische L\u00fccke zwischen den weit entwickelten Erdgasheizsystemen und den veralteten \u00d6lbrennerheizsystemen durch den Einsatz neuer Technologien geschlossen werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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