Die Entwicklung und Untersuchung von Brennern, hauptsächlich im haustechnischen, aber auch im industriellen Maßstab,
sowie für mobile Anwendungen, ist einer der Schwerpunkte der Arbeiten am Oel-Waerme-Institut. Dabei steht insbesondere die
Nutzung flüssiger Brenn- und Kraftstoffe, wie Heizöl EL, Heizöl L, Diesel oder Biodiesel im Vordergrund. Im Bereich der
biogenen Brennstoffe reicht das Spektrum der Erfahrungen von chemisch vorbehandelten, wie z.B. Rapsmethylester, bis zu
unbehandelten Pflanzenölen und Nebenprodukten wie Glyzerin. Aber auch die Verwendung gasförmiger Brennstoffe von Erdgas
über Biogas bis zum Off-Gas von Brennstoffzellen wird thematisiert.
Eine Vielzahl von Prüfständen zur Entwicklung und Untersuchung von Verbrennungsprozessen bis zu einer thermischen Leistung
von 500 kW steht zur Verfügung. Dies schließt unter anderem Prüfstände für Wirkungsgradbestimmung, akustische Charakterisierung,
Systemvergleiche und Dauerversuche für die Untersuchung marktgängiger Systeme, sowie eigener Entwicklungen ein.
Die Entwicklungsschwerpunkte im Bereich der Brenner- und Feuerungstechnik sind:
- Brenner- und Kesselentwicklung vor dem Hintergrund optimaler Energienutzung und minimaler Schadstoff- und Geräuschemissionen im Leistungsbereich 1 kW bis 500 kW.
- Entwicklung von Verdampfern und Brennern zum Einsatz in der Kraft-Wärme-Kopplung im Leistungsbereich von 1 kW bis 500 kW.
- Entwicklung von Startbrennerkonzepten für die Anwendung in Brennstoffzellensystemen
- Entwicklung von thermischen und katalytischen Verbrennungssystemen für die Nutzung von Brennstoffzellen Off-Gas
- Entwicklung von Prozess- und Spezialbrennern mit niedrigen NOx-Emissionen für industrielle Anwendungen im Leistungsbereich 1 kW bis 20 MW.
- Prüfstände für Dauerversuche mit der Möglichkeit zur Aufprägung von Wärmebedarfsprofilen und Bestimmung von Wirkungsgraden
Abbildung 1: Brenner
Nachfolgend wird exemplarisch ein öffentlich gefördertes Entwicklungsprojekt vorgestellt.
PyrInno - Kleinste Ölheizung der Welt
Der aufgrund moderner Isolationsmaterialien und einer verschärften Wärmeschutzverordnung sinkende Energiebedarf im Neubausektor erfordert die Entwicklung innovativer Konzepte und Technologien zur zukünftigen häuslichen Wärmebereitstellung. Gefordert sind Hausenergiezentralen, die eine deutlich niedrigere Minimalleistung als marktübliche Technologien und einen großen Leistungsmodulationsbereich aufweisen, um z. B. bei extremen Witterungsbedingungen oder starken Schwankungen des Sonneneinfalls ein gleichmäßig behagliches Raumklima zu erzielen. Der geringe Brennstoffbedarf moderner Einfamilienhäuser (Beispiel: Einfamilienhaus, 150 m², Energiebedarf kleiner 45 kWh/m² , 600 Liter Heizöl EL/a = 4 Heizöl EL / m² a), stellt den kostenintensiven Anschluss an weit verzweigte Gasnetze in Frage. Eine Wärmebereitstellung auf der Basis elektrischer Heizsysteme ist aus ökologischer Sicht nicht sinnvoll, solange überwiegend fossile Brennstoffe verstromt werden. Flüssige Brennstoffe, wie z. B. Heizöl EL, Rapsöl, oder deren Mischungen sind dagegen raumsparend lagerfähig und können, eine entsprechende Logistik über bereits vorhandene Handelsnetze vorausgesetzt, in kleinen Mengen an den Endverbraucher abgegeben oder geliefert werden. Zurzeit existieren jedoch keine technischen Lösungen zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen im benötigten niedrigen Leistungsbereich.
Abbildung 2: PyrInno - Luftheizung mit Wärmerückgewinnung
Das Projektvorhaben PyrInno hat daher zum Ziel, eine Hausenergiezentrale auf Basis flüssiger Brennstoffe zu entwickeln und
in unterschiedlichen Anwendungen zu testen. Kernkomponente des Vorhabens ist die Entwicklung eines kompakten, schadstoffarmen,
vollmodulierbaren Kleinbrenners im Leistungsbereich von 1 kW bis 8 kW. Aufgrund der Tatsache, dass Hausenergiezentralen
vermehrt im Wohnbereich untergebracht werden, sind besonders niedrige Schallemissionen einzuhalten. Eine weitere Fragestellung
in diesem Zusammenhang ist die Lagerung des Brennstoffes im wohnnahen Bereich. Hierzu sind geeignete Konzepte für Tanksysteme
zu entwickeln, die anwenderfreundlich in Bezug auf Handling und Geruchsbelastung sind. Bei den Anforderungen an die
Schadstoffemissionen der Verbrennung wird eine Unterschreitung der Grenzwerte des „Blauen Engels“ angestrebt. Zur Erschließung
verschiedener Anwendungsgebiete, bei denen die nachgeschaltete Wärmeübertragung, z.B. an Luft oder Wasser, differieren kann,
wird die Hausenergiezentrale modular konzipiert. Die zur Integration erforderlichen Wärmetauschersysteme für Luft oder
Wasserheizung werden in Zusammenarbeit mit potentiellen Anwendern entwickelt. Die Einbindung einer innovativen Hausleittechnik
ist integraler Bestandteil des Projektes.
Im Rahmen eines durch das BMWI geförderten Verbundprojektes (Verbundprojektnummer IN-5068) läuft zurzeit die Produktentwicklung
bis zu einem Komplettsystem zur Warmluft- oder Warmwasserbeheizung.
Das Projektkonsortium deckt die Fachgebiete aus Forschung, Industrie- und Handwerk zur Umsetzung eines innovativen Heizkonzeptes in vertikaler Weise ab. Hierbei werden die Forschungseinrichtungen Oel-Waerme-Institut (OWI) und der Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Universität Erlangen (LSTM) durch die beteiligten Industriefirmen Eberspächer, Promeos, Solvis, Rotex, und Issendorff Mikroelektronik ergänzt, so dass eine Fertigung von marktnahen Prototypen und eine produktorientierte Entwicklung möglich werden. Der Praxisbezug für eine spätere Umsetzung wird durch die Beteiligung des Handwerks sichergestellt. Die Forschungsaktivitäten werden durch die Interessenverbände Institut für wirtschaftliche Oelheizung (IWO) und den Fachverband Sanitär – Klima – Heizung NRW begleitet, die für eine ausreichende Verbreitung und Klärung der Rahmenbedingungen für die Markteinführung der Entwicklung sorgen.
Abbildung 3: Netzwerkstruktur zum Projekt PyrInno:Kleinste Ölheizung der Welt
Das LSTM bringt mit dem industriellen Partner Promeos die Porenbrennertechnologie zur emissionsarmen Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad ein. Die Gemischaufbereitung und Verdampfung des Brennstoffes über den Leistungsbereich von 1 kW bis 8 kW erfolgt durch die Kalte Flammen Technologie, welche vom OWI entwickelt wird.
Abbildung 4: PyrInno: Brennermodul
Der Part der Brennstoffdosierung und Gemischaufbereitung wird von dem industriellen Partner Eberspächer dargestellt. Die Entwicklung und Bereitstellung der raumsparenden und geruchsarmen Brennstofflagerung erfolgt durch die Fa. Rotex. Die Einbindung des Brenners in ein Warmluftheizsystem wird vom LSTM erarbeitet, während die Aufgabe der Einbindung in ein Warmwasserheizsystem in der Kooperation der Fa. Solvis mit dem OWI gelöst wird.
Abbildung 5: PyrInno: Solarunterstützte Wasserheizung
Zur Integration der Hausenergiezentrale an innovative Hausleittechnik ist die Fa. Issendorff beteiligt, wodurch die Umsetzung
effektiver, bedarfsangepasster Regelungsstrategien realisierbar ist.
Um eine weite Verbreitung der Technologie zu erreichen, erfolgt eine enge Zusammenarbeit mit den Planern von Wohnobjekten und
der Mineralölwirtschaft. Hier werden zusammen mit einem Fertighaushersteller die bauseitigen Anforderungen und Lösungen für die
Gesamtkonzeption erarbeitet. Die Umsetzung dieser Konzepte wird in Zusammenarbeit mit dem SHK - Handwerk durchgeführt, um eine
breite Akzeptanz durch Schulungen und Berücksichtigung von praktischen Anforderungen bereits in der Entwicklungsphase zu erreichen.