[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minderung der Kohlenstoffmonoxid-Emissionen
eines Heizgerätes, ein Heizgerät, ein Computerprogramm und ein Speichermedium.
[0002] Heizgeräte zu Verbrennung eines Brenngases, wie Erdgas oder Wasserstoff, bilden in
der Regel ein Verbrennungsgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft mit einem vorgegebenen
Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda oder auch Luftzahl bezeichnet) und führen
dieses einem Brenner zur Verbrennung zu. Derartige Heizgeräte werden auch als Vormischbrenner
bezeichnet. Zur Einstellung eines vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnisses sind
verschiedene Verfahren bekannt, insbesondere kommen ein pneumatischer und ein elektronischer
Gas-Luftverbund zum Einsatz.
[0003] Beim Betreiben des Heizgerätes kann Kohlenstoffmonoxid entstehen, das eine erhebliche
Gesundheitsgefährdung bzw. sogar Lebensgefahr für damit in Kontakt kommende Menschen
bedeutet. Daher ist ein Austreten von Kohlenstoffmonoxid in Räumlichkeiten durch das
Betreiben des Heizgerätes unbedingt zu vermeiden. Dementsprechend sind häufig auch
gesetzliche Vorgaben hinsichtlich der Konzentration von Kohlenstoffmonoxid in einem
Raum zu beachten, beispielsweise in einem Bereich von 55 ppm [Parts per Million].
[0004] Trotzdem kann ein Entstehen und Austreten von Kohlenstoffmonoxid durch das Betreiben
von Heizgeräten in Räumen nicht vollständig ausgeschlossen werden. So kann eine bestimmte
Menge Kohlenstoffmonoxid (CO), beispielsweise durch Fertigungstoleranzen und/oder
(minimale) Leckagen an der Brennkammer und/oder dem Abgasrohr bzw. durch die Abgasanlage
aus dem Strömungsweg des Heizgerätes austreten.
[0005] Für den unwahrscheinlichen Fall eines Kumulierens aller bzw. vieler Toleranzen, die
ein Austreten von Kohlenstoffmonoxid bewirken, kann ein Auftreten einer zu hohen Konzentration
von Kohlenstoffmonoxid in einem Raum, selbst unter Einbeziehung eines regelmäßigen
Luftaustausches durch Lüftung, nicht ausgeschlossen werden. Vielmehr kann unter bestimmten
Bedingungen, unter denen das Betreiben eines Heizgerätes mit hoher Leistung ist, eine
zu hohe Konzentration von Kohlenstoffmonoxid in einem Raum nicht ausgeschlossen werden,
wobei in einer Risikoanalyse auch Konzentrationen von mehr als 650 ppm erreicht wurden.
[0006] Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Minderung der Kohlenstoffmonoxid-Emissionen
eines Heizgerätes, ein Heizgerät und ein Computerprogramm vorzuschlagen, die die geschilderten
Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll
ein Auftreten einer Konzentration von Kohlenstoffmonoxid größer einem Grenzwert mit
Sicherheit vermieden werden.
[0007] Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich
erhöhen und keine oder nur geringe bauliche Veränderungen an einem Heizgerät erfordern
und eine einfache Integration in einen bestehenden Produktionsprozess ermöglichen.
[0008] Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen
Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen
Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise
miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren.
Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung
näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
dargestellt werden.
[0009] Hierzu trägt ein Verfahren zur Minderung der Kohlenstoffmonoxid-Emissionen eines
Heizgerätes bei, bei dem eine Zeitdauer eines Überschreitens einer vorgegebenen Leistungsgrenze
durch das Heizgerät innerhalb eines unmittelbar zurückliegenden, vorgegebenen Vergleichszeitraumes
erfasst wird und bei einem Überschreiten einer vorgegebenen Grenzzeitdauer durch die
erfasste Zeitdauer die Leistung des Heizgerätes auf eine vorgegebene geminderte Leistung
gesenkt wird.
[0010] Das Verfahren kann insbesondere dauerhaft permanent während des Betriebs eines Heizgerätes
durchgeführt werden. Das Verfahren dient insbesondere einem Absenken des Ausstoßes
von Kohlenmonoxid eines Heizgerätes. Dabei soll die Konzentration von Kohlenmonoxid
in einem Raum (insbesondere einem Aufstellraum des Heizgerätes) einen vorgegebenen
Grenzwert, beispielsweise 55 ppm [Parts per Million], nicht überschreiten.
[0011] Bei dem Heizgerät kann es sich um ein beliebiges Heizgerät handeln, das dazu eingerichtet
ist, einen kohlenstoffhaltigen Brennstoff zu verbrennen. Das Heizgerät kann insbesondere
ein Gasheizgerät sein. Dieses kann eine Fördereinrichtung umfassen, insbesondere ein
Gebläse, die einen Massestrom (oder Volumenstrom) Verbrennungsluft fördern kann. Die
Verbrennungsluft kann über eine Zuführung Verbrennungsluft zugeführt werden. Ein Gasventil
kann dem Massestrom Verbrennungsluft einen, einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis
entsprechenden, Massestrom Brenngas zusetzen. Das gebildete Verbrennungsgemisch aus
Brenngas und Verbrennungsluft kann nun einem, in einer Brennkammer angeordneten, Brenner
zugeführt werden. Die Verbrennungsprodukte, bzw. das dabei entstehende Abgas kann
über ein internes Abgasrohr des Heizgerätes einer Abgasanlage zugeführt werden. Das
Heizgerät kann dabei insbesondere ein wandhängendes Heizgerät und mit Brennwerttechnik
sein.
[0012] Ein derartiges Heizgerät kann seine Heizleistung an einen Wärmebedarf anpassen, auch
als modulieren bezeichnet. Dies kann innerhalb eines, für das Heizgerät vorgegebenen,
Modulationsbereiches erfolgen. Um ein häufiges, verschleißförderndes An- und Ausschalten
des Brenners zu vermeiden, können moderne Heizgeräte in einem großen Modulationsbereich,
beispielsweise von 3,5 kW [Kilowatt] bis 24 kW, betrieben werden.
[0013] Es hat sich gezeigt, dass die Konzentration von Kohlenstoffmonoxid in einem, das
Heizgerät umgebenden, Raum insbesondere bei sehr hoher Leistung, beispielsweise höher
80 % [Prozent] oder 90% der Nennleistung als Leistungsgrenze deutlich ansteigen kann.
Dies kann mit den hohen Masseströmen Abgas, die bei einem Betreiben mit hoher Leistung
strömen, und auf mögliche Leckagen in Brennkammer, Abgasrohr und/ oder Abgasanlage
wirken, in Verbindung stehen. Mit dem Abgas gelangt auch Kohlenstoffmonoxid in die
Raumluft, wobei bei zu geringer Lüftungsrate des Raumes die Konzentration von Kohlenstoffmonoxid
in der Raumluft über einen vorgegebenen Grenzwert ansteigen kann und somit gesundheitsgefährdend
wäre.
[0014] Beispielhaft kann bei einem Aufstellraum des Heizgerätes mit einer Fläche von 6,0
m
2 [Quadratmeter] und damit einem ungefähren Raumvolumen von 13,8 m
3 [Kubikmeter] eine Lüftungsrate von ca. 6,8 m
3/h [Kubikmeter pro Stunde] wirken. Regelmäßige Leckraten eines Heizgerätes können
bei einem Heizgerät (Brennkammer, Abgasrohr) in einem Bereich von 0,6 m
3/h und bei einer Abgasanlage bei 0,011 m
3/h liegen. Daneben kann auch, beispielsweise durch (fertigungs- oder verschleißbedingte)
Toleranzen des Gasventils, ein Verschieben des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda,
Luftzahl) in Richtung der stöchiometrischen Verbrennung führen, die zu einer vermehrten
Entstehung von Kohlenstoffmonoxid bei der Verbrennung beitragen und damit den Anteil
desselben im Abgas steigern kann. Versuche haben gezeigt, dass bei einer zumindest
teilweisen Kumulation oben genannter Faktoren die Kohlenstoffmonoxidkonzentration
in einem Raum über einen vorgegebenen Grenzwert und auf mehr als 650 ppm ansteigen
kann.
[0015] Die Erfindung schlägt insbesondere vor, nach (andauerndem oder kontinuierlichen,
gegebenenfalls mit einer Unterbrechung) Betreiben des Heizgerätes mit einer Leistung,
die größer einer (vorgegebenen) Leistungsgrenze ist, und zwar für eine Zeitdauer,
die größer einer Grenzzeitdauer ist und innerhalb eines vorgegebenen und unmittelbar
zurückliegenden Vergleichszeitraumes liegt, von einem möglichen kritischen Anstieg
der Konzentration von Kohlenstoffmonoxid im Raum auszugehen. Ist diese vordefinierte
Situation erreicht, wird die Leistung des Heizgerätes (automatisch, und insbesondere
ohne weitere Prüfung der tatsächlichen Konzentration von Kohlenstoffmonoxid im Raum)
auf eine vorgegebene geminderte Leistung gesenkt. Mit anderen Worten kann der Vergleichszeitraum
als unmittelbar zurückliegendes Zeitfenster verstanden werden. Bei Betreiben des Heizgerätes
oberhalb einer Leistungsgrenze für eine Zeitdauer, die größer als die Grenzzeitdauer
ist, wird von einem Risiko einer erhöhten Kohlenstoffmonoxidkonzentration ausgegangen
Gemäß einer einfachen Ausgestaltung kann auch lediglich ein zurückliegendes zusammenhängendes
Betreiben des Heizgerätes oberhalb der Leistungsgrenze betrachtet werden. In diesem
Fall wäre der Vergleichszeitraum (zeitlich) gleich der Grenzzeitdauer. Diese Ausgestaltung
ist einfach umzusetzen, es kann jedoch ein kurzzeitiges Ausschalten des Heizgerätes
zu einem erneuten Beginn des Vergleichszeitraumes bzw. der erfassten Zeitdauer führen.
[0016] Durch ein Betreiben des Heizgerätes mit einer geminderten Leistung kann sichergestellt
werden, dass die Konzentration von Kohlenstoffmonoxid im Raum nicht weiter ansteigt.
Die geminderte Leistung kann somit derart gewählt werden, dass ein Massestrom leckagebedingt
austretenden Kohlenstoffmonoxids geringer als der Massestrom des von der Raumlüftung
abtransportierten Kohlenstoffmonoxids liegt. Derartig hohe Leistungen werden von Heizgeräten
in der Regel nur in Verbindung mit der Warmwasserbereitstellung erbracht. Das Mindern
der Leistung des Heizgerätes auf die geminderte Leistung kann dabei vom Nutzer kaum
wahrgenommen werden, so dass mögliche Komforteinbußen durch die Erfindung sehr begrenzt
erscheinen.
[0017] Der vorgegebenen Werte Vergleichszeitraum, Grenzzeitdauer, Leistungsgrenze und geminderte
Leistung können somit in Anbetracht des konkreten Heizgeräts bzw. Heizgerätetyps und
dessen Toleranzen bzw. Leckagen sowie dem Aufstellraum, insbesondere dessen Größe
und Lüftungsrate, ab und können im Vorfeld anhand von Versuchen ermittelt werden.
[0018] Beispielhaft können Grenzzeitdauer und Vergleichszeitraum in einem Bereich von 0,5
h [Stunden] bis 4 h liegen, insbesondere in einem Bereich von 1 h bis 3 h. Dabei ist
die Grenzzeitdauer geringer zu wählen als der Vergleichszeitraum um ein kurzzeitiges
Unterschreiten der Leistungsgrenze abzufangen.
[0019] Gemäß einer Ausgestaltung kann die Leistungsgrenze und die vorgegebene geminderte
Leistung in einem Bereich von 60 Prozent bis 90 Prozent der Nennleistung des Heizgerätes
liegen.
[0020] Gemäß einer Ausgestaltung können Vergleichszeitraum, Grenzzeitdauer, Leistungsgrenze
und/ oder geminderte Leistung über eine Eingabeeinrichtung am Heizgerät oder über
ein mit dem Heizgerät verbundenes Eingabegerät eingegeben werden. Ein mit dem Heizgerät
verbundenes Eingabegerät kann dabei über eine kabelgebundene oder Funk- bzw. Netzwerkverbindung
an das Heizgerät gekoppelt und beispielsweise ein mobiles Endgerät und/ oder ein Computer
sein.
[0021] Gemäß einer Ausgestaltung kann auch eine Raumgröße als Fläche oder Raumvolumen und
gegebenenfalls eine Lüftungsrate dem Heizgerät eingegeben werden, und dieses bestimmt
anhand der Angaben selbst (näherungsweise) geeignete Werte für Vergleichszeitraum,
Grenzzeitdauer, Leistungsgrenze und/ oder geminderte Leistung.
[0022] Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur
Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes und aufweisend Mittel zur Durchführung
eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Heizgerät kann insbesondere ein Regel-
und Steuergerät umfassen, dass die Verbrennungsprozesse und Modulation des Heizgerätes
regelt und steuert. Das Regel- und Steuergerät legt somit eine aktuelle Leistung des
Heizgerätes zu jedem Zeitpunkt vor und es kann somit ein hier vorgeschlagenes Verfahren
ausführen. Auf einem Speicher des Regel- und Steuergeräts können dabei für die Durchführung
eines hier vorgeschlagenen Verfahrens notwendige Parameter hinterlegt sein, insbesondere
ein Vergleichszeitraum, eine Grenzzeitdauer, eine Leistungsgrenze und/ oder eine geminderte
Leistung.
[0023] Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches
zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens auf einem
hier vorgeschlagenen Heizgerät eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten
insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung
des Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren
auszuführen. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem Regel- und Steuergerät
eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes durchgeführt werden.
[0024] Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen
auf dem ein hier vorgeschlagenes Computerprogramm gespeichert ist.
[0025] Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften
Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Heizgerät, dem
Computerprogramm und/ oder dem computerlesbaren Speicherträger auftreten und umgekehrt.
Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale
vollumfänglich Bezug genommen.
[0026] Hier werden somit ein Verfahren zur Minderung der Kohlenstoffmonoxid-Emissionen eines
Heizgerätes, ein Heizgerät, ein Computerprogramm und ein Speichermedium angegeben,
welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise
lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Heizgerät und das Computerprogramm dazu
bei, ein Auftreten von kritischen Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid in einem (Aufstell-)Raum
eines Heizgerätes zu verhindern. Mögliche verfahrensbedingte Komforteinbußen für Nutzer
können vorteilhaft in einem kaum oder nicht wahrnehmbaren Bereich gehalten werden.
[0027] Zudem kann die Erfindung ohne bauliche Veränderungen an einem Heizgerät umgesetzt
werden und ist somit auch für eine Nachrüstung an bestehenden Heizgeräten hervorragend
geeignet.
[0028] Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden
Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten
Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht
explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten
Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der
vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass
die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch
sind. Es zeigen:
Fig. 1: ein hier vorgeschlagenes Heizgerät in einem Raum, und
Fig. 2 und Fig. 3: Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen
Verfahrens einstellen können.
[0029] Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1 einem
Raum 2. Der Raum hat eine Raumlüftung 3, die beispielhaft einen Luftaustausch von
ca. 6,8 m
3/h [Kubikmeter pro Stunde] bewirken kann. Das Heizgerät 1 kann eine Gemischzuführung
4 umfassend eine Verbrennungsluftzuführung und eine Brennstoffzuführung aufweisen
und eine Brennkammer 5 mit einem Brenner. Der Brennkammer 5 nachgeordnet kann ein
Abgaskanal 6 aus dem Heizgerät 1 führen und mit einer Abgasanlage 7 verbunden sein.
[0030] Das Heizgerät 1, insbesondere Brennkammer 5 und Abgaskanal 6, kann beispielhaft eine
Leckageströmung 8 von 0,6 m
3/h und die Leckageströmung 9 der Abgasanlage kann gleichfalls beispielhaft 0,011 m
3/h betragen. Die Leckageströmungen 8, 9 von Heizgerät 1 und Abgasanlage 7 können eine
Kohlenstoffmonoxidkonzentration von 890 ppm bei Nennleistung 10 des Heizgerätes 1
aufweisen. Bei einer geminderten Leistung 17 von 87,5 % [Prozent] kann die Kohlenstoffmonoxidkonzentration
in den Leckageströmungen 8, 9 auf 650 ppm absinken.
[0031] Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch die Leistung Q gegeben in kW [Kilowatt]
des Heizgerätes 1 bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Zu einem
ersten Zeitpunkt 16 kann eine Leistungsgrenze 11 (die hier gleich einer geminderten
Leistung 17 ist) überschritten werden. Nach Ablauf eine Grenzzeitdauer 12 von 1,5
h, in der das Heizgerät 1 mit Nennleistung 10 und damit über der Leistungsgrenze 11
betrieben wurde, kann verfahrensgemäß die Leistung des Heizgerätes 1 auf die geminderte
Leistung 11 gesenkt werden. Im Beispiel kann die Nennleistung 10 des Heizgerätes 1
24 kW und die geminderte Leistung 17 21 kW betragen.
[0032] Fig. 3 zeigt beispielhaft einen ersten Verlauf 13 und einen zweiten Verlauf 15 der
Konzentration von Kohlenstoffmonoxid im Raum 2. Der erste Verlauf 13 kann bei einem
Betreiben des Heizgerätes 1 ohne Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens
und der zweite Verlauf 15 mit Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens auftreten.
Erkennbar kann die Konzentration von Kohlenstoffmonoxid bei Verlauf 2 unterhalb eines
Grenzwertes 14 von 55 ppm gehalten werden, hingegen wird dieser Grenzwert nach ca.
2h Stunden durch den ersten Verlauf 13 deutlich überschritten.
[0033] Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite",
...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen
oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser
Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit
und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt
sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung
zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen
gelten, dies ist aber nicht zwingend.
Bezugszeichenliste
[0034]
- 1
- Heizgerät
- 2
- Raum
- 3
- Raumlüftung
- 4
- Gemischzuführung
- 5
- Brennkammer
- 6
- Abgaskanal
- 7
- Abgasanlage
- 8
- Leckageströmung Heizgerät
- 9
- Leckageströmung Abgasanlage
- 10
- Nennleistung
- 11
- Leistungsgrenze
- 12
- Grenzzeitdauer
- 13
- erster Verlauf
- 14
- Grenzwert
- 15
- zweiter Verlauf
- 16
- erster Zeitpunkt
- 17
- geminderte Leistung
1. Verfahren zur Minderung der Kohlenstoffmonoxid-Emissionen eines Heizgerätes (1), das
zur Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes eingerichtet ist, wobei eine
Zeitdauer eines Überschreitens einer vorgegebenen Leistungsgrenze (11) durch das Heizgerät
(1) innerhalb eines unmittelbar zurückliegenden, vorgegebenen Vergleichszeitraumes
erfasst wird und bei einem Überschreiten einer vorgegebenen Grenzzeitdauer (12) die
Leistung des Heizgerätes (1) auf eine vorgegebene geminderte Leistung (17) gesenkt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grenzzeitdauer (12) und der Vergleichszeitraum
gleich sind.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Vergleichszeitraum und
die Grenzzeitdauer (12) in einem Bereich von 30 Minuten bis 2 Stunden liegen.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leistungsgrenze (11) und
die vorgegebene geminderte Leistung (17) in einem Bereich von 60 Prozent bis 95 Prozent
einer Nennleistung (10) des Heizgerätes liegen.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Vergleichszeitraum, die
Grenzzeitdauer (12),die Leistungsgrenze (11) und/ oder die geminderte Leistung (17)
über eine Eingabeeinrichtung am Heizgerät (1) oder über ein mit dem Heizgerät (1)
verbundenes Eingabegerät eingestellt werden.
6. Heizgerät (1), eingerichtet zur Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes,
umfassend Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
7. Computerprogramm umfassend Befehle, die ein Heizgerät (1) nach Anspruch 6 dazu veranlassen,
ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
8. Computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert
ist.