Brenner

Die Wahl der Brennertechnologie beeinflusst maßgeblich die Effizienz und die Emissionswerte einer Heizungsanlage, deren Wärmeerzeugung auf der Verbrennung von Brennstoffen basiert. Brenner wandeln die in Brennstoffen wie Öl, Gas oder Holz chemisch gespeicherte Energie in thermische Energie um. Ihre Aufgabe besteht darin, den Verbrennungsprozess so zu gestalten, dass möglichst viel der im Brennstoff enthaltenen Energie für die Wärmeerzeugung genutzt werden kann. 

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Die Verbrennung erfolgt in der Regel als Flammenverbrennung. Die dabei entstehende Wärme wird auf ein anderes Medium – meist Wasser – übertragen und anschließend für die Gebäudeheizung oder Warmwasserbereitung genutzt. Verfahren ohne sichtbare Flamme, etwa die katalytische Oxidation von Wasserstoff, spielen im Gebäudebereich bislang nur eine untergeordnete Rolle. 

Verbrennungsqualität

Die Ausführung des Brenners hat entscheidenden Einfluss auf die Qualität der Verbrennung sowie auf die Schadstoffemissionen. Eine unvollständige Verbrennung führt zu erhöhten Kohlenmonoxid- und Rußemissionen, hohe Flammentemperaturen begünstigen dagegen die Bildung von Stickoxiden (NOₓ). Maßgeblich ist das Verhältnis von Brennstoff zu Verbrennungsluft. Das theoretische Optimum liegt beim stöchiometrischen Luftverhältnis, bei dem genau die für eine vollständige Verbrennung erforderliche Sauerstoffmenge zur Verfügung steht. In der Praxis arbeiten Brenner vorwiegend mit einem geringen Luftüberschuss, um eine vollständige Verbrennung sicherzustellen. Zu wenig Luft erhöht die Bildung von Ruß und Kohlenmonoxid, ein zu großer Luftüberschuss verschlechtert dagegen den Wirkungsgrad. 

Ein sichtbarer Indikator für die Qualität der Verbrennung ist die Farbe der Flamme:

• Eine blaue Flamme entsteht in der Regel beim Vormisch-Prinzip, bei dem das Gemisch sehr gleichmäßig ist. Bei der blauen Flamme entstehen keine Rußpartikel, die (gelb oder weiß) glühen könnten. Die Verbrennung ist dadurch sehr sauber.
• Wird der Sauerstoff erst „in“ der Flamme aus der Umgebungsluft beigemischt, ist die Verbrennung ungleichmäßiger, es entstehen Zonen mit Sauerstoffmangel. Die dadurch entstehenden Rußpartikel glühen, was die typisch gelbe Farbe erzeugt. Dieses Prinzip findet sich beispielsweise bei klassischen Gelbbrennern für Heizöl.

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Arten von Brennern

Brenner lassen sich sowohl nach dem eingesetzten Brennstoff als auch nach ihrer Funktionsweise unterscheiden.

Gasbrenner (fossil)
Bei Gasbrennern genügt der Druck aus dem öffentlichen Gasnetz, um den Brennstoff zum Brenner zu führen. Der Standard bei heutigen Gasbrennern ist der Vormischbrenner (Premix-Brenner). Er sorgt dafür, dass das Gas und die Verbrennungsluft bereits vor dem Eintritt in die Verbrennungszone in einem definierten, idealen Verhältnis gemischt werden, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten.

Modulierende Brenner passen ihre Leistung stufenlos an den aktuellen Wärmebedarf an. Dadurch werden häufige Brennerstarts und -stopps reduziert, was den Wirkungsgrad verbessert und die Bauteile schont.

Ölbrenner (fossil)
Bei Ölbrennern wird der Brennstoff mittels einer Ölpumpe zum Brenner befördert.

• Beim Blaubrenner wird das Heizöl vor der Verbrennung vergast (verdampft). Dies führt zu einer blauen Flamme, nahezu rußfreiem Betrieb und deutlich reduzierten NOx- sowie CO-Emissionen.
• Der Gelbbrenner basiert auf dem einfachen Prinzip der Zerstäubung des Brennstoffs. Er ist technisch robuster, weist jedoch eine höhere Rußentwicklung und eine weniger vollständige Verbrennung auf.

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Holzbrenner (Biomasse)
Bei Pellet- oder Hackschnitzelkesseln gibt es prinzipiell zwei Zufuhrsysteme:

• Bei der Unterschubfeuerung wird der Brennstoff von unten in den Brennraum geschoben, wodurch eine kontrollierte Glutzone entsteht. Dadurch wird eine saubere Verbrennung erzeugt, die zudem wechselnden Pelletqualitäten gegenüber recht robust ist.
• Bei der Fallschachtfeuerung fällt der Brennstoff von oben oder von der Seite in den Brennraum. Die Konstruktion muss so ausgeführt sein, dass ein Rückbrand in den Zuführschacht zuverlässig verhindert wird.

Biomasse als Übergangstechnologie
Biomasse umfasst organische Energieträger in fester, flüssiger oder gasförmiger Form. Während Holz direkt in Biomassekesseln verbrannt wird, können flüssige und gasförmige Biobrennstoffe teilweise auch bestehende fossile Infrastrukturen nutzen.

• Biomethan besitzt Erdgasqualität und kann – abhängig vom jeweiligen Gerät – in vielen Gas-Brennwertgeräten eingesetzt werden.
• HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) ist ein paraffinischer Dieselkraftstoff beziehungsweise flüssiger Brennstoff, der sich chemisch deutlich von fossilem Heizöl unterscheidet, diesem in seinen Verbrennungseigenschaften jedoch ähnelt. Einige moderne Ölheizungen sind dafür bereits freigegeben oder können entsprechend umgerüstet werden.

Oberflächenbrenner
Oberflächenbrenner zeichnen sich durch geringe Schadstoffemissionen und eine hohe Regelbarkeit aus. Anders als bei konventionellen Brennern findet die Verbrennung nicht als freistehende Flamme statt, sondern auf oder innerhalb einer porösen Oberfläche aus Keramikfasern oder Metallgewebe. Es entsteht eine gleichmäßig strahlende Verbrennungszone mit vergleichsweise niedrigen Flammentemperaturen. Dadurch wird die Bildung von Stickoxiden deutlich reduziert.

Oberflächenbrenner werden vor allem in modernen Gas-Brennwertgeräten eingesetzt. Sie lassen sich über einen großen Leistungsbereich modulieren, wodurch häufiges Takten (An- und Ausschalten) vermieden und die Effizienz erhöht werden kann.

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