Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul DSTR berechnet den Strahlungs- und Leitungsverlust von Dampferzeugern — also den Wärmeverlust, den Kesselwände, Bekleidung und Armaturen über Strahlung und Konvektion an die Umgebung abgeben. Dieser Verlustanteil geht in den Kesselwirkungsgrad ein und muss bei jeder Wirkungsgradermittlung nach dem indirekten Verfahren beziffert werden.
Grundlage ist die Energietechnische Arbeitsmappe (14. Auflage, 1995). Aus der maximalen Dampferzeugerleistung, einem Oberflächenfaktor und der mittleren Wärmestromdichte der Umschließungsflächen wird der Vollast-Strahlungsverlust bestimmt. Für den Betrieb bei Teillast berücksichtigt ein Belastungsfaktor, dass der absolute Verlust nahezu konstant bleibt und sein relativer Anteil an der Feuerungswärmeleistung mit sinkender Last steigt — das Modul weist deshalb Vollast- und Teillast-Strahlungsverlust getrennt aus.
In der Praxis braucht man den Strahlungsverlust eines Dampferzeugers bei Abnahmeversuchen, Wirkungsgradgarantien, Brennstoffbilanzen und bei der Bewertung von Teillastfahrweisen in Kraftwerken und Industriekesselanlagen.
Regelwerk und Berechnungsbasis: Energietechnische Arbeitsmappe 14. Auflage: 1995
So läuft die Berechnung ab
- Kesseldaten erfassen: Die maximale Dampferzeugerleistung des Kessels wird vorgegeben; sie ist die Bezugsgröße für den relativen Strahlungsverlust. Für Teillastbetrachtungen wird zusätzlich die Dampferzeugerleistung bei Teillast angegeben.
- Oberflächenfaktor und Wärmestromdichte ansetzen: Der Oberflächenfaktor verknüpft die Kesselleistung mit der wärmeabgebenden Umschließungsfläche; die mittlere Wärmestromdichte beschreibt den flächenspezifischen Verlust der Bekleidung. Beide Größen hängen von Bauart, Brennstoff und Qualität der Isolierung ab und werden nach den Anhaltswerten der Arbeitsmappe gewählt.
- Vollast-Strahlungsverlust berechnen: Aus Oberflächenfaktor, Wärmestromdichte und maximaler Dampferzeugerleistung ergibt sich der Strahlungsverlust bei Vollast — absolut und als Anteil an der Kesselleistung.
- Teillastverhalten bewerten: Über den Belastungsfaktor, das Verhältnis von Teillast- zu Vollastleistung, wird der Teillast-Strahlungsverlust ermittelt. Da die Oberflächentemperaturen des Kessels bei Teillast kaum sinken, bleibt der absolute Verlust näherungsweise erhalten und sein relativer Anteil wächst umgekehrt proportional zur Last.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Oberflächenfaktor | C | m²/W^.7 |
| mittlere Wärmestromdichte | q | W/m² |
| maximale Dampferzeugerleistung | QN | W |
| Dampferzeugerleistung bei Teillast | QNφ | W |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Belastungsfaktor | φ | – |
| Vollast-Strahlungsverlust | lV | – |
| Teillast-Strahlungsverlust | lT | – |
Häufige Fragen
Warum steigt der relative Strahlungsverlust bei Teillast?
Der Strahlungs- und Leitungsverlust hängt von Oberflächengröße und Oberflächentemperatur des Kessels ab — beide ändern sich bei Lastrücknahme kaum, solange der Kessel auf Betriebstemperatur bleibt. Der absolute Verlust in kW bleibt daher nahezu konstant, während die Bezugsleistung sinkt: Bei halber Last verdoppelt sich der relative Verlustanteil näherungsweise. Das ist ein wesentlicher Grund, warum der Kesselwirkungsgrad im Schwachlastbetrieb abfällt.
Wie verhält sich die Berechnung zu EN 12952-15 bzw. der früheren DIN 1942?
Die Abnahmeregeln für Wasserrohrkessel (heute EN 12952-15, früher DIN 1942) enthalten ebenfalls Ansätze für den Strahlungs- und Leitungsverlust als Funktion der Kesselnennleistung. Die Arbeitsmappen-Methode liefert vergleichbare Anhaltswerte für Bilanz- und Vorauslegungszwecke; für vertraglich bindende Abnahmeversuche ist jedoch das jeweils vereinbarte Abnahmeregelwerk maßgebend.
Welche Unsicherheiten stecken in Oberflächenfaktor und Wärmestromdichte?
Beide Größen sind Erfahrungswerte, die Bauart (Wasserrohr- oder Großwasserraumkessel), Alter und Zustand der Isolierung pauschal abbilden. Bei schadhafter oder durchfeuchteter Bekleidung, unisolierten Armaturen oder ungewöhnlicher Geometrie kann der tatsächliche Verlust deutlich über dem Rechenwert liegen; im Zweifel schaffen Oberflächentemperatur-Messungen (Thermografie) Klarheit.