DE2457567B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermindern der Waermeverluste von kamingebundenen Gas-Raumheizgeraeten waehrend des Betriebs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermindern der Wärmeverluste von kamingebundenen Gas-Raumheizgeräten während des Betriebs, mit einem Abgasstutzen zum Anschließen des Gerätes an einen Kamin mit natürlichem Auftrieb und mit einer dem Abgasstutzen vorgeschalteten Rückstromsicherung zum Ableiten der Abgase bei Stauoder Rückstrombedingungen in den Aufstellungsraum.

Den heutigen Geräten der erwähnten Art wird ein Wirkungsgrad von etwa 65 bis 75% und darüber zugeschrieben. Die Feststellung dieses Wirkungsgrades erfolgt dabei gemäß den Normvorschriften unter ganz bestimmten Prüfbedingungen. Diese Prüfbedingungen bestehen in einer Wirkungsgradmessung bei Großstellung des Geräts und einem Kaminzug von ~ 0,5 mm Wassersäule und einer Messung bei Kleinstellung des Geräts und einem Kaminzug von ~ 0,3 WS bedingt durch die vorgeschriebene vertikale Meßstrecke von m. Die Anmelderin hat nun mehrere Dauerversuche unternommen, um festzustellen, ob diese auf Prüfbedingungen basierenden Wirkungsgradangaben den sich in der Praxis tatsächlich ergebenden Werten im wesentlichen entsprechen. Bei diesen Dauerversuchen wurden die Geräte an Kamine angeschlossen und der natürliche Kaminzug keiner Regelung unterworfen, und darüber hinaus wurden die Gerätebrenner praxisnah reguliert, d. h. mittels eines im Aufstellungsraum befindlichen, auf eine übliche Wohntemperatur eingestellten Thermostaten. Diese Dauerversuche erbrachten überraschende Ergebnisse. Zwar ließ sich schon von vorneherein vermuten, daß die unter Prüfbedingungen ermittelten Wirkungsgrade im praktischen Betrieb nicht voll erreicht werden, nicht jedoch, daß die praktischen Wirkungsgrade derart weit unter den Normwirkungsgraden liegen, nämlich um, je nach Gerätetyp, zwischen 15 und 25% und mehr.

Auf Grund dieser Versuchsergebnisse wurden nun Überlegungen angestellt, welche Ursachen für diese Wirkungsgradverminderungen beim Praxisbetrieb in

ίο Frage kommen können. Einen Hinweis zur Klärung dieser Frage ergaben nun Parallelversuche mit sogenannten Außenwand-Gasheizgeräten, bei denen derart beträchtliche Wirkungsgradverminderungen im Praxisbetrieb nicht festzustellen waren. Diese Außenwandgerate unterscheiden sich nun von den kamingebundenen Geräten insbesondere dadurch, daß praktisch kein Kaminzug vorhanden ist und daß die Geräte gegenüber dem Aufstellungsraum völlig abgeschlossen sind. Die weiteren Überlegungen richteten sich deshalb darauf, inwieweit der Kaminzug und die Tatsache, daß die kamingebundenen Geräte gegenüber dem Aufstellungsraum offen sind, insbesondere durch die vorgeschriebene Rückstromsicherung, deren Bereich zwischen Heizkastenausgang und Abgasstutzen in direkter Verbindung mit dem Aufstellungsraum steht, den Wirkungsgrad des Gerätes beeinflußt. Sicher ist nun, daß infolge des Kaminzugs in den Kamin nicht nur die Abgase abgesaugt werden, sondern über die Rückstromsicherung auch im Vergleich zu den Abgasen kalte Raumluft des Aufstellungsraumes. Bei der üblichen kompakten Bauart der heutigen Geräte strömt nun diese »Falschluft« von der Öffnung der Rückstromsicherung längs eines Teils der Heizkastenwandung über den Abgasstutzen in den Kamin, wobei eine Erwärmung dieser Luft erfolgt. Das Gerät gibt also Wärmeenergie an diese Falschluft ab, ohne daß damit ein Beitrag zur Erwärmung des Aufstellungsraumes und damit ein Beitrag zum Wirkungsgrad des Gerätes geleistet würde, weil die erwärmte Falschluft ja sofort durch den Abgasstutzen und den Kamin abströmt. Die an die Falschluft abgegebene Wärmeenergie geht somit eindeutig für den Wirkungsgrad des Gerätes verloren. Der Wärmeverlust wird dabei um so größer sein, je mehr Falschluft erhitzt wird und je stärker diese Erhitzung ist. Die Menge an angesaugter Falschluft hängt nun von der Stärke des Kaminzugs und von der gegebenen Abgasmenge ab, die Temperaturerhöhung der Falschluft von der jeweiligen Temperatur der sie aufheizenden Geräteteile und somit von der Abgastemperatur. Damit müßten also die Wirkungsgradverluste um so größer sein, je höher der Kaminzug ist und je weniger Abgas produziert wird (Kleinstellung der Geräte), wobei jedoch diese Abhängigkeit nicht linear ist, weil eine gewisse gegenläufige Wirkung mit Hinblick auf die Gerätetemperatur vorhanden ist. Von der Anmelderin durchgeführte Messungen haben nun diese Annahmen bestätigt. Lediglich als Beispiel sei angeführt, daß ein bestimmter Gerätetyp bei einem Kaminzug von 3,0 mm WS eine Wirkungsgraderniedrigung von 82% (Wir-

**° kungsgrad bei 0,5 mm WS Normzug) auf 66% und bei Kleinstellung von 70% (Wirkungsgrad bei 0,3 WS Normzug) auf 49% zeigte, was zusätzlichen Verlusten von etwa 22 bzw. etwa 34% bezogen auf die Prüfwirkungsgrade entspricht. Dabei ist darauf hinzuweisen,

daß in der Praxis Kaminzüge in der Größe von etwa 3,0 mm WS sehr häufig sind und daß die Geräte überwiegend im Kleinstellungsbereich gefahren werden.
Nun war es bereits vorbekannt, beispielsweise aus

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der BE-PS 6 46 365, in den Abgasstutzen eine Schwenkklappe einzubauen, die den Strömungsquerschnitt des Abgasstutzens in Abhängigkeit vom Kaminzug verändert, derart, daß mit steigendem Kaminzug der Strömungsquerschnitt kleiner wird. Eine wirksame Verminderung der oben erwähnten Wärmeverluste ist jedoch damit, wie Versuche ergeben haben, nicht möglich, weil diese Zugklappe so eingestellt werden muß, daß stets ein derartiger Mindestquerschnitt des Abgasstutzens erhalten bleibt, daß die Abgase auch bei maximaler Belastung des Geräts (Großstellung) staufrei abziehen können. Damit aber ist die Zugklappe, jedenfalls im hier interessierenden Sinne, dann nahezu wirkungslos, wenn das Gerät mit mittlerer oder, wie in der Praxis meist der Fall, niedriger Belastung (Kleinstellung) gefahren wird. Weiterhin sind sogenannte thermisch gesteuerte Abgasklappen bekannt, beispielsweise Klappen gemäß der DT-PS 9 14 779, also Klappen, die mit Hilfe einer Bimetall-Spirale in Abhängigkeit von der Abgastemperatur gesteuert werden, derart, daß — unabhängig vom Kaminzug — der Strömungsquerschnitt des Abgasstutzens um so mehr verringert wird, je geringer die Abgastemperatur ist. Sind diese thermisch gesteuerten Klappen optimal auf das jeweilige Gerät abgestimmt, dann kann zwar eine gewisse Verminderung der Wärmeverluste erreicht werden, jedoch sind auch hier die Grenzen der Wirksamkeit schnell erreicht. Diese Klappen müssen nämlich so einreguliert werden, daß für jede Abgastemperatur (Heizstellung des Geräts) ein derartiger Mindestquerschnitt des Abgasstutzens erhalten bleibt, daß auch bei minimalem Kaminzug die jeweils anfallenden Abgase staufrei abziehen können. Die Wirksamkeit dieser thermisch gesteuerten Abgasklappen ist also dann äußerst begrenzt, wenn, wie in der Praxis meist der Fall, mittlere oder höhere Kaminzüge existieren. Schließlich war es aus der Zeitschrift »IKZ«, H. 5, 1964, S. 364 bis 368, insbesondere S. 366, Abb. 5, bekannt, in den Abgasstutzen von kamingebundenen Warmwasser-Gasfeuerstätten mechanisch gesteuerte Absperrplatten einzubauen, die beim Außerbetriebsetzen der Feuerstätte geschlossen werden, um ein Auskühlen des Geräts, d. h. insbesondere des erwärmten Wasservorrates, zu vermeiden. Zur Verminderung der Wärmeverluste von Gasheizgeräten während des Betriebs können diese Absperrklappen nicht beitragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe es gelingt, die Wärmeverluste der Geräte der fraglichen Bauart während des Betriebs derselben wirksamer und für alle Betriebsbereiche des Geräts zu vermindern, derart, daß der tatsächliche Wirkungsgrad des Geräts unabhängig von den herrschenden Kaminzügen und der Heizstellung des Geräts dem Normwirkungsgrad des Prüfstands möglichst angenähert wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Querschnitt des Abgasstutzens in Abhängigkeit von sowohl dem herr-

'schenden Kaminzug als auch von der jeweiligen Abgastemperatur fortlaufend derart verändert wird, daß die Abgase stets mit einer im wesentlichen gleichbleibenden Geschwindigkeit, die nur geringfügig über der Staubedingung liegt, aus dem Gerät in den Kamin abströmen. Damit wird erreicht, daß unabhängig von der Stärke des Kaminzugs und unabhängig von der Brennereinstellung im wesentlichen nur Geräteabgase in den Kamin abströmen und kein Ansaugen von - Raumluft durch die Rückst -omsicherung erfolgt.

Selbstverständlich wird durch die Erfindung die Wirkung der Rückstromsicherung nicht beeinflußt, d. h., bei Staubedingungen tritt, wie vorgeschrieben, das Abgas durch die Rückstromsicherung hindurch in den Aufstellungsraum aus.

Unter Staubedingung soll hier verstanden werden, daß der Kaminzug derart gering ist, daß die Abgase des Geräts, zumindest teilweise, nicht durch den Kamin abziehen, sondern durch die Rückstromsicherung hindurch in den Aufstellungsraum ausfallen. Bei Staubedingung wird also die Geschwindigkeit der Abgase im Abgasstutzen in Richtung Kamin zu Null oder nahezu zu Null. Bei der mit der Erfindung angestrebten Bedingung dagegen liegt die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase um einen zwar geringen, aber doch noch so großen Betrag über dem Wert Null, daß kein Abgas aus der Strömungssicherung ausfällt, also das gesamte Abgas in den Kamin gelangt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens kann erfindungsgemäß darin bestehen, daß in den Abgasstutzen eine Schwenkklappe eingesetzt ist, deren den Strömungsquerschnitt des Stutzens verändernde Schwenkstellung vom Kaminzug und von der Abgastemperatur selbsttätig verstellbar ist. Diese Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des Erfindungsverfahrens auf einfache und wirtschaftliche Weise ohne die Erfordernis von Fremdenergie. Nicht möglich wäre dagegen die Durchführung des Erfindungsverfahrens mit einer aus einer Bimetallklappe und einer handverstellbaren Drosselklappe bestehenden Drosseleinrichtung nach der DT-OS 23 09 539, weil diese für konstante Zugbedingungen (Kamin mit mechanischer Absaugung) bestimmte Vorrichtung keine Anpassung an die sich fortlaufend ändernden Zugbedingungen von Kaminen mit natürlichen Auftrieben erlaubt.

In der Zeichnung ist schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Die schematische Zeichnung zeigt ein in einen üblichen Abgasstutzen einsetzbares Gehäuse 10 mit Längsschlitz 11, in welchem eine Schwenkachse 12 einer Schwenkklappe 13 längsverschieblich gelagert ist. Die Schwenkklappe 13 ist mit einem Ausgleichsgewicht 14 versehen. An der Schwenkachse 12 greift ein Lenker 15 an, der über eine Anlenkachse 16 mit dem freien Ende einer Bimetall-Spirale 17 verbunden ist, die ihrerseits mittels einer Halterung 18 am Gehäuse 10 befestigt ist. Wird diese Vorrichtung in einen Abgasstutzen eingesetzt, so ist die Schwenkstellung der Schwenkklappe 13 um ihre Achse 12 abhängig vom Kaminzug, d. h. die Klappe schwenkt in eine um so steilere Stellung und beschneidet damit den Durchlaßquerschnitt für die Abgase um so mehr, je stärker der Kaminzug ist. Das Ausgleichsgewicht 14 dient dabei, wie im Falle einer üblichen Zugregelklappe, dazu, die jeweils gewünschte Einstellung vornehmen zu können. Eine zusätzliche Veränderung des Durchlaßquerschnittes für die Abgase ergibt sich dadurch, daß die Schwenkachse 12 und damit die Schwenkklappe 13 im Längsschlitz 11 längsverschiebbar ist, wobei unter der Voraussetzung gleichen Schwenkwinkels der Klappe 13 der Durchlaßquerschnitt für die Abgase um so geringer ist, je weiter die Klappe 13 in der Zeichnung nach links verschoben ist. Diese Längsverschiebung der Klappe 13 wird durch die Bimetall-Spirale 17 über den Lenker 15 gesteuert, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Bimetall-Spirale die Schwenkklappe 13 um so weiter nach links verschiebt, je kälter die die Bimetall-Spirale umspülenden Abgase sind. Bei geeigneter Abstimmung wird so-

mit der Durchlaßquerschnitt für die Abgase um so größer, je kleiner der Kaminzug ist und je heißer (Großstellung) die Abgase sind, während der Durchlaßquerschnitt um so kleiner wird, je höher der Kaminzug ist und je kälter (Kleinstellung) die Abgase sind. Absolut gesehen wird dabei die Abstimmung so vorgenommen, daß, unter Einhalten einer gewissen Sicherheitstoleranz, die Abgase gerade noch aus dem Gerät in den Kamin abströmen, ohne durch die Rückstromsicherung in den Aufstellungsraum auszutreten. Damit wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig vom Kaminzug und unabhängig von der Brennerstellung stets ein Zustand in etwa entsprechend den eingangs erwähnten Prüfbedingungen gewährleistet, also ein Zustand, welcher im wesentlichen dem optimalen Wirkungsgrad des Gerätes entspricht.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zahlreiche Abwandlungen erfahren. So ist es

beispielsweise möglich, auf das Gehäuse zu verzichten und Schwenkklappe und Bimetall-Spirale direkt im Abgasstutzen anzuordnen. Weiterhin wäre es möglich, Kaminzug und Abgastemperatur über besondere Fühler festzustellen und die Schwenkklappe dann in Abhängigkeit von den Fühlerdaten zu steuern, wobei es dann freilich erforderlich ist, Fremdenergie zum Schwenken der Klappe einzusetzen. Schließlich wäre es auch möglich, an der Öffnung der Rückstromsicherung einen Strömungsfühler anzubringen und mit dessen Hilfe die Schwenkklappe zu steuern; auch hier wäre jedoch der Einsatz von Fremdenergie erforderlich. Bei allen diesen oder anderen Abwandlungen muß jedoch gewährleistet sein, daß im wesentlichen kein Ansaugen von Raumluft in die Rückstromsicherung erfolgt, und darüber hinaus, daß die eigentliche Funktion der Rückstromsicherung erhalten bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verminderung der Wärmeverluste von kamingebundenen Gas-Raumheizgeräten während des Betriebs, mit einem Abgasstutzen zum Anschließen des Gerätes an einen Kamin mit natürlichem Auftrieb und mit einer dem Abgasstutzen vorgeschalteten Rückstromsicherung zum Ableiten der Abgase bei Stau- und Rückstaubedingung in den Aufstellungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt des Abgasstutzens in Abhängigkeit sowohl von dem herrschenden Kaminzug als auch von der jeweiligen Abgastemperatur fortlaufend derart verändert wird, daß die Abgase stets mit einer im wesentlichen gleichbleibenden Geschwindigkeit, die nur geringfügig über der Staubedingung liegt, aus dem Gerät in den Kamin abströmen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abgasstutzen eine Schwenkklappe (13) eingesetzt ist, deren den Strömungsquerschnitt des Stutzens verändernde Schwenkstellung sowohl durch den Kaminzug als auch durch die Abgastemperatur verstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkklappe (13) in einem in den Abgasstutzen eingesetzten konischen Gehäuse (10) angeordnet ist und daß deren Schwenkachse (12) in dem konischen Gehäuse (10) längsverschieblich gelagert und zur Längsverschiebung über Lenker (15) mit dem freien Ende einer Bimetall-Spirale (17) verbunden ist.