Dampfheizung

Die Dampfheizung ist ein Heizungssystem, das Wasserdampf als Energieträger nutzt. Die Kondensationswärme und zum geringeren Teil die fühlbare Wärme des Dampfes und des Kondensates wird zu Heizzwecken genutzt.

Beschreibung

Stahlmantelrohr freiverlegt für den Transport von Dampf

Dampfheizungen werden vorwiegend für die Beheizung von industriellen Anlagen (Hallenbeheizung) in Betrieben verwendet, die Prozessdampf erzeugen oder über Abhitzedampfkessel verfügen. Daneben wird Dampf als Wärmeträger auch in vielen älteren Fernwärmenetzen verwendet. In den Fernwärmeübergabestationen kondensiert an einem Wärmeübertrager der Dampf und die Wärme wird auf ein sekundäres Warmwassernetz übertragen. Es handelt sich bei dieser Einrichtung um eine indirekt beheizte Warmwasseranlage.

Ab etwa 1870^[1] bis etwa zum Ende des 20. Jahrhunderts erfolgte die Heizung von Reisezugwagen häufig mittels auf der Lokomotive erzeugten Heizdampfes.

Die Dampfheizung besteht aus der Dampfleitung, dem Wärmeübertrager (Kondensator), dem Kondensatableiter und der Kondensatrücklaufleitung. Für die Regelung der Heizung wird ein thermostatisch gesteuertes Regelventil in der Dampfzulaufleitung oder ein Kondensatablaufregelventil ("Kondensomat") eingesetzt. Bei der Verlegung von längere Rohrstrecken stellen sich größere Druckverluste im Rücklauf ein. Dies kann zu einer unerwünschten Nachverdampfung in der Kondensatleitung führen. In diesen Fällen kann entweder ein Kondensatsammelbehälter eingebaut werden, aus dem das Kondensat zum Speisewasserbehälter der Dampfkesselanlage zurückgepumpt wird. Alternativ kann eine Kondesathebestation verwendet werden. Diese besteht aus einem Druckbehälter, in den bei geöffnetem Belüftungsventil das Kondensat einströmt. Bei Erreichen des oberen Füllstandes wird das Ventil zur Umgebung geschlossen, dann Dampf überlagert und das Ventil zur Kondensatrücklaufleitung wird geöffnet, so dass das Kondensat zurückgefördert wird.

Man unterscheidet:

• Niederdruckdampfheizung (abgesicherte Betriebsdrücke bis 1 bar Überdruck),
• Hochdruckdampfheizung (abgesicherte Betriebsdrücke über 1 bar Überdruck),
• Vakuumdampfheizung (Betrieb im Unterdruck)

Vor- und Nachteile von Dampfheizungen

Der Vorteil der Dampfheizung gegenüber einer konventionellen Warmwasserheizung besteht in der hohen Energiedichte des Wasserdampfes, so dass gegenüber der Warmwasserbeheizung die umlaufende Masse des Wärmeträgers wesentlich geringer ist. Aufgrund der gegenüber Warmwasserheizungen höheren Vorlauftemperatur können kleinere Wärmeübertragungsflächen verwendet werden. Für den Kondensatrücklauf können Rohrleitungen mit sehr geringem Querschnitt verwendet werden.

Bei einer Warmwasserheizungsanlage wird die Enthalpiedifferenz zwischen der Vor- ( T ₁ ) und Rücklauftemperatur (T₂ ) als Wärmestrom genutzt. Der erforderliche umzuwälzende Massenstrom ergibt sich aus:

$\dot m = \frac {\Delta Q } { c_\mathrm{p} \cdot (T_2-T_1)}$

Im Fall einer Dampfheizung stellt die Kondensationsenthalpie den größten nutzbaren Wärmeanteil dar. Darüber hinaus ist die Dampftemperatur in der Regel höher als die Vorlauftemperatur von Warmwasserheizungen. Es ist allerdings zu berücksichtigen, dass die Wärmekapazität von Wasserdampf nur etwa halb so groß ist wie die von Wasser. Die nutzbare Wärme ergibt sich demnach bei Verwendung von Sattdampf aus:

$\dot m = \frac {\Delta Q } { (h_D(p1) - c_\mathrm{p} \cdot T_2)) } \!$

Beispiel:

Wärmestrom ΔQ = 10kW

Parameter Warmwasserheizung: T ₁ = 100°C und Rücklauf: T ₂ = 70°C; spezifische Wärmekapazität von Wasser c_p = 4,18 kJ/(kg K)

Dampfparameter: Sattdampf mit p = 10 bar_ü und T = 180°C; spezifische Enthalpie h_D = 2777 kJ/kg, Kondensatrücklauf: T ₂ = 70°C

Warmwasserheizung: :$\dot m = \frac {10\; kW}{ 4,18 \frac {kJ} {kg \cdot K} \cdot (100\,^{\circ}\mathrm{C} - 70\,^{\circ}\mathrm{C})} \ = \ 0,081 \frac {kg} {s} = 294 \frac {kg} {h}$

Für die Dampfheitzung ergibt sich :$\dot m = \frac {10\; kW } { (2777 \frac {kJ} {kg} - 4,18 \frac {kJ} {kg \cdot K} \cdot 70\,^{\circ}\mathrm{C})) } \ = \ 0,00402 \frac {kg} {s} = 14 \frac {kg} {h}$

Anhand des Beispiels wird gezeigt, dass der umlaufende Masserstrom bei der Dampfheizung um ein Vielfaches geringer ist als bei der Warmwasserheizung. Daher muss bei Einsatz der Dampfheizung keine oder nur eine sehr geringe elektrische Energie für den Betrieb von Pumpen aufgewendet werden.

Die Wärmeübertragung in den Aufstellungsräumen kann durch Wärmestrahlung oder durch Gebläse erfolgen, die thermostatisch angesteuert werden.

Nachteil der Dampfheizung sind die hohen Temperaturen an den Wärmeübertragern, so das diese immer vor direkter Berührung geschützt aufgestellt werden müssen. Ferner ist das Gefahrenpotential durch das Medium Dampf gegenüber dem praktisch ungefährlichem Warmwasser zu berücksichtigen. Somit ist der Einsatz von Dampfheizungen heutzutage in Wohngebäuden praktisch ausgeschlossen. Ein weiterer Nachteil sind Dampfschläge, die in dem Fall von Kondensatanfall bei Betriebsstillständen in der Dampfvorlaufleitung auftreten können. Die Dampfleitungen müssen daher an Tiefpunkten automatisch entwässert werden. Kalte Dampfleitungen mit Unterdruckbildung führen zu Lufteinbruch und Korrosion im Dampfnetz und können wiederum zu Fehlfunktion der Kondensatableiter führen. Daher sind Dampfheizungen wesentlich wartungsaufwändiger als Heizungsnetze mit geschlossenen Wasserkreisläufen. Die Dampfheizung ist in der Regel energetische ungünstiger als Warmwasserheizungssystem, da diese mit niedrigeren und Außentemperatur gleitenden Vorlauftemperaturen und somit niedrigeren Abgastemperaturen betrieben werden können und somit höhere Feuerungswirkungsgrade möglich sind.

Wärmeerzeuger

Zur Erzeugung von Wasserdampf kommen heute Großraumwasserkessel, Schnelldampferzeuger, elektrisch beheizte Dampferzeuger und Abhitzekessel von BHKW-Anlagen zur Anwendung. Welcher Dampferzeuger eingesetzt wird, hängt vielfach von den Einsatzbedingungen, den technologischen Prozessen und den Verbrauchern ab.

Einzelnachweise

1. ↑ Heinrich Krohn: ...auf der Schiene. Die Geschichte der Reisezug- und Güterwagen. Jubiläumsband der Waggonfabrik Talbot in Aachen anlässlich des 150jährigens Bestehens, Prestel, München 1988, S. 71 f.

Weblinks

• Niederdruckdampfheizung