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Überblick über alle Heizkessel-Techniken und -Typen

Was ist ein Heizkessel? Wie ist er aufgebaut? Welche unterschiedlichen Kesseltypen gibt es? Nach welchen technischen Kriterien werden sie unterschieden?

Ein Heizkessel ist nicht gleich Heizkessel. Unzählige Kesseltypen lassen sich unterscheiden. Wir zeigen Ihnen in dieser großen Übersicht, nach welchen Kriterien, zum Beispiel Bauweise oder Funktionsweise, sich moderne Heizkessel einteilen lassen.

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Heizkessel – allgemeine Begriffserklärung und grundlegender Aufbau

Der Begriff Heizkessel wird für alle technischen Geräte verwendet, die zur Erzeugung von Wärme Brennstoffe verbrennen. Sie erzeugen demnach thermische Energie aus chemischer Energie.

Ein Heizkessel besteht typischerweise aus 

  • einem Hohlraum (Brennraum, Brennkammer, Feuerkammer), dessen Wände aus Metall (Gusseisen, Edelstahl) oder Keramik sind.
  • einem Rost, um darauf feste Brennstoffe zu verbrennen, zum Beispiel Holz und Kohle oder einem Brenner, um darin flüssige oder gasförmige Brennstoffe zu verbrennen.
  • Rohren, durch die Wasser strömt, das als Wärmeüberträger funktioniert und die Nutzwärme abführt.
  • einer Abgasanlage, um die Abgase, die beim Verbrennen entstehen, sicher abzuführen, zum Beispiel ein Schornstein (auch Kamin genannt).
  • einer Wärmedämmung, um mögliche Wärmeverluste an die Umgebung gering zu halten.

Moderne Heizkessel haben heute oft noch eine Regelung, mit der sich die Leistung des Kessels bedarfsgerecht anpassen lässt und der Kessel auch ein- und ausgeschaltet werden kann. Mitunter zählt der Brenner nicht zum Heizkessel als solcher, da man den Brenner auch einzeln kaufen kann, um beispielsweise einen Brennertausch zu realisieren: von Öl auf Gas. Manche Heizkessel nutzen auch mehrere Brenner, doch dazu gleich mehr.

Tabelle: Klassifizierung von Heizkesseln
Unterscheidung nach Heizkessel-Typen
Brennstoffart gasförmig (Erdgas L, Erdgas H, Deponiegas), flüssig (Heizöl EL), fest (Kohle, Koks, Holz)
Brennstoffvielfalt Einstoffbrenner, Zweistoffbrenner, Mehrstoffbrenner
Kesseltyp Standardkessel (Konstanttemperaturkessel), Niedertemperaturkessel, Brennwertkessel
Bauform wandhängend (Therme = Umlaufwasserheizer), bodenstehend (Kessel)
Anzahl der Kessel Einkesselanlage, Mehrkesselanlage
Regelungsart einstufig, mehrstufig, modulierend
Brennerprinzip Verdampfungsbrenner und Zerstäubingsbrenner bei Öl, Vormischbrenner und Diffusionsbrenner bei Gas
Trinkwasserbereitung Kombibetrieb Heizung und TW, nur Trinkwarmwasserbereitung, nur Heizung
Normen und Richtlinien TRGI für Gaskessel, DIN Normen

Einteilung von Heizkesseln nach unterschiedlichen technischen Aspekten

Brennstoffart

Weishaupt Ölbrenner W purflam (Foto: Max Weishaupt GmbH)
Weishaupt Ölbrenner W purflam (Foto: Max Weishaupt GmbH)

Eine gängige Einteilung unterschiedlicher Heizkesseltypen ist die nach der Art der Brennstoffe, die sie verfeuern. Die Brennstoffarten unterteilt man in: 

  • gasförmige wie Erdgas, Biogas und Deponiegas,
  • flüssige wie Heizöl
  • und feste wie Holz, Koks und Kohle.

Dieser Unterteilung folgend gibt es u.a. Gasheizkessel, Ölheizkessel oder auch Holzheizkessel etc.

Brennstoffvielfalt

Holz- und Pellet-Hybridheizkessel DuoWIN von Windhager (Foto: Windhager Zentralheizung GmbH, Meitingen)
Holz- und Pellet-Hybridheizkessel DuoWIN von Windhager (Foto: Windhager Zentralheizung GmbH, Meitingen)

Es gibt Heizkessel, die nur mit einer Art von Brennstoff befeuert werden können, und Heizkessel, die mit mehreren Brennstoffarten zurechtkommen. Entsprechend gibt es Heizkessel 

  • mit Einstoffbrennern,
  • Zweistoffbrennern und
  • Mehrstoff- bzw. Hybridbrenner.

Einstoffbrenner verbrennen entweder Gase oder Flüssigkeiten oder Festbrennstoffe. Zwei- und Mehrstoffbrenner verbrennen zwei oder gar drei der unterschiedlichen Brennstoffarten. Wer mit dem Heizkessel von Brennstoffart zu Brennstoffart wechselt, muss in der Regel einen kleinen Umbau vornehmen, so ist beim Wechsel von Gas auf Öl und andersrum ein Austausch der Düsen nötig. Beliebt sind auch Holz-Heizkessel, die wahlweise mit Scheitholz oder Holzpellets befeuert werden können.

Kesseltyp

Schematische Darstellung des Aufbaus eines Erdgas-Brennwertgeräts (Grafik: ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V.)
Schematische Darstellung des Aufbaus eines Erdgas-Brennwertgeräts (Grafik: ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V.)

Drei Heizkesseltypen unterscheidet man: 

  • Konstanttemperaturkessel,
  • Niedertemperaturkessel und
  • Brennwertkessel.

Ein sogenannter Konstanttemperaturkessel, der auch Standardkessel genannt wird, ist so konstruiert, dass er sich nur mit hohen Temperaturen betreiben lässt, wobei Temperaturen von 70 und mehr Grad Celsius (C°) gemeint sind. Diese hohen Temperaturen sind nötig, damit der Wasserdampf in den Abgasen nicht kondensiert und Heizkessel und Abgasanlage beschädigt, wenn er sich dort niederschlägt. In der zugehörigen Richtlinie 92/42/EWG heißt es deshalb zu diesem Heizkesseltyp: „ein Kessel, bei dem die durchschnittliche Betriebstemperatur durch seine Auslegung beschränkt sein kann“.

Entsprechend beschreibt die Richtlinie den Niedertemperaturkessel mit: „ein Kessel, der kontinuierlich mit einer Eintrittstemperatur von 35 ... 40 °C funktionieren kann und in dem es unter bestimmten Umständen zur Kondensation kommen kann“. Praktisch legt man die Niedertemperatur-Heizkessel so aus, dass sie mit Vorlauftemperaturen von etwa 70 °C gut zurechtkommen.

Zum Brennwertkessel schreibt die Richtlinie: „ein Kessel, der für die permanente Kondensation eines Großteils der in den Abgasen enthaltenen Wasserdämpfe konstruiert ist“. Ein solcher Brennwertkessel nutzt gezielt die bei der Kondensation eines Teils des Wasserdampfes freigesetzte Kondensationswärme, um damit zu heizen. Um das zu gewährleisten, brauchen sie eine niedrige Rücklauftemperatur, die bei Erdgas unter 50 C° und bei Heizöl unter 45 C° liegen sollte. Die Wärmetauscher, die für eine solche Funktionsweise gebraucht werden, sitzen entweder im Heizkessel selbst (integriert oder in einem Gehäuse nachgeschaltet) oder sind extra.

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Bauform

Bei der Bauform unterscheidet man Heizkessel nach dem Fassungsvermögen für Wasser (Wasserinhalt) und daraus resultierend nach dem Platzbedarf in Modelle,

  • die auf dem Boden stehen: bodenstehende Heizkessel oder Standkessel
  • und wandhängende Thermen für Gas und Öl (Gasthermen, Ölthermen).

Heizkessel kommen mit Fassungsvermögen von einem bis anderthalb Litern pro Kilowatt daher, während Thermen wesentlich weniger Wasser fassen, oft nur ein Zehntel davon. Der Begriff Therme wird allerdings nicht nur auf das geringere Fassungs- bzw. Leistungsvermögen des Heizkessels bezogen, sondern auch zur Differenzierung herangezogen, um wandhängende Heizgeräte zu beschreiben.

Kesselzahl

Es gibt verschiedene Gründe, eine Heizkesselanlage als Einkesselanlage oder Mehrkesselanlage umzusetzen. Zum Beispiel: 

  • bedarfsgerechte Leistungsanpassung der Kesselleistung
  • Betriebssicherheit
  • Optimierung der Gesamtkosten

Eine dementsprechende Differenzierung von Heizkesseln wird vorgenommen, wenn die Betriebsweise wie z. B. eine Kaskadierung von Heizkesseln näher beschrieben und voneinander abgegrenzt werden soll.

Regelung

Hinsichtlich der Heizkesselregelung über den ihm zugehörigen Brenner differenziert man eine einstufige, mehrstufige oder stufenlose, also in einem begrenzten Bereich modulierende, Regelungsmöglichkeit. Gängig ist bei modernen Heizkesseln eine stufenlose Anpassung der Leistung zwischen 30 und 100 Prozent der Maximalleistung.

Verbrennungsprinzip

Buderus Gas-Vormischbrenner Logatop VM (Foto: Buderus)
Buderus Gas-Vormischbrenner Logatop VM (Foto: Buderus)

Nach dem Brennerprinzip unterscheidet man Heizkessel in

  • Ölbrenner
  • und Gasbrenner.

Ölverdampfungsbrenner verdampfen Öl, um anschließend das beim Verdampfen entstehende Gemisch aus Öldampf und Luft zu verbrennen. Solche Heizkessel mit Ölverdampfungsbrenner arbeiten sehr geräuscharm und werden deshalb gerne in Form von einzeln betriebenen Öfen eingesetzt. Da im Heizkessel üblicherweise der Brenner das Öl zerstäubt (Zerstäubungsbrenner), wobei feine Düsen das Öl in winzige Tröpfchen „verdampfen“, braucht man zusätzliche Energie (sogenannte Hilfsenergie), um die nötigen Pumpen und Gebläse zu betreiben. Die Leistung der Ölverdampfungsheizkessel lässt sich anpassen, indem man das Heizöl entsprechend vorwärmt. Dahinter steckt, dass Öl mit zunehmender Temperatur an Viskosität verliert, was wiederum dazu führt, dass weniger Öl durch die Zerstäubungsdüse fließt, so dass weniger Öl der Verbrennung zugeführt wird – mit der Folge, dass die Wärmeleistung sinkt.

Heizkessel mit Gasdiffusionsbrenner mischen Gas und Luft erst bei der Verbrennung – und zwar mechanisch. Auch dafür ist Hilfsenergie in Form von Strom notwendig. Brenner, die auf diese Weise funktionieren, nennt man auch: Gebläsebrenner. Es gibt auch sogenannte Vormischbrenner oder atmosphärische Gasbrenner, die sich ohne Gebläse betreiben lassen. Wie der Name Vormischer schon vermuten lässt, werden Gas und Luft hier schon vor dem Verbrennungsprozess vermischt, so dass das Gemisch angezündet werden kann.

Gemäß den TRGI werden Gasheizkessel in die Typen A, B und C unterschieden, wobei als Unterscheidungskriterium zwei Betriebsweisen zum Tragen kommen:

  • raumluftabhängige Betriebsweise
  • raumluftunabhängige Betriebsweise.

Raumluftabhängige Betriebsweise meint, dass die Luft, die für die Verbrennung nötig ist, direkt aus dem Aufstellraum des Heizkessels angesaugt wird. Entsprechend heißt raumluftunabhängiger Betrieb des Heizkessels, dass man die zum Verbrennen benötigte Luft von außen zuführt: Das gelingt mittels einer separaten Zuleitung, Großteils wird der Heizkessel an ein Luft-Abgas-System, kurz: LAS, angeschlossen. Luftzufuhr und Abgasabtransport realisiert man heute meist mit einem Rohr-in-Rohr-System.

Trinkwasserbereitung und / oder Heizwasserbereitung

Die meisten der heute eingesetzten Heizkessel erwärmen sowohl das Trink- als auch das Brauchwasser. Getrennte Kessel nutzt man meist nur dort, wo – verglichen mit der Heizwassermenge - extrem viel (mehr) Trinkwasser verbraucht wird.

Für den kombinierten Betrieb braucht die Heizungsanlage einen Warmwasserspeicher (Pufferspeicher) und einen Wärmeübertrager. Der Speicher kann im Kessel eingebaut sein oder als extra Komponente in die Heizungsanlage integriert sein.

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"Überblick über Heizkessel-Techniken und -Typen" wurde am 15.06.2016 das letzte Mal aktualisiert.