Pufferspeicher
sind größere Wasserbehälter, die Heizungswasser
erwärmt bis zur Entnahme zwischenspeichern. Sie werden eingesetzt,
um die Volumenströme zwischen einem oder mehreren
Wärmeerzeugern (Heizkessel, Kaminofen, Wärmepumpe,
Solaranlage und Blockheizkraftwerk) und den Heizkreisen
(Heizkörper- und Fußbodenkreise, Trinkwassererwärmung)
hydraulisch zu entkoppeln. Sie werden
auch in Kühlwassersystemen eingesetzt. Prinzipiell
ist es eine hydraulische
Weiche. |
Pufferspeicher werden eingebaut, |
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um die
Heizungs- oder Kühlanlage hydraulich zu entkoppeln
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um lange
Brennerlauf- und kurze Stillstandzeiten zu erhalten, die An- und Abschaltemissionen
(unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Ruß, Kohlenmonoxid) vermindern
-
um den
zeitlichen Verlauf der Zapfvorgänge bei der Trinkwassererwärmung
von der Wärmeabgabe der Feuerung entkoppeln
-
um einen
effizienten Betrieb einer Stückholzfeuerung (Holzvergaser, Kaminofen
mit Wassertache) zu erhalten
- um den Volumenstrom einer
Wärmepumpe konstant zu halten, wenn z.B. der Volumenstrom
im Heizkreis über Thermostat-Ventile reduziert wird
- um die Sperrzeiten von Energieversorgungsunternehmen
(EVU) zu überbrücken
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Pufferspeicher können direkt
oder indirekt über Rohrschlangen im Speicher beheizt
werden. Bei der indirekten Beheizung ist der Wärmeerzeuger hydraulisch
vom Heizungswasser getrennt. Solaranlagen müssen
grundsätzlich dann vom Heizungswasser getrennt werden, wenn diese
mit Solarflüssigkeit
betrieben werden. |
Die Speicher werden aus Stahlblech
(S235JR+AR [früher S235JRG2 und davor St 37-2]), emailiertem
oder kunststoffbeschichtetem Stahlblech,
Edelstahl und Kunststoff ((Polypropylen,
GfK) hergestellt. Speicher aus Kunststoff sind nicht druck- und temperaturbeständig
und werden deshalb in druckloser Ausführung hergestellt. Außerden
muss die Temperatur auf 85 °C begrenzt werden. |
Heizungsanlagen mit Fußbodenheizungen
aus Kunststoffrohr und Pufferspeichern aus Stahl sollten nur mit behandeltem
Wasser gefüllt und betrieben werden, da bei der vergrößerten
Wassermenge eine erhöhte Korrosionsgefahr besteht. |
Auf Grund der geringen
Strömungsgeschwindigkeit im Speicher wirkt er als Entschlammungsbehälter.
Besonders in Altanlagen sollten größere Speicher eine Reinigungsöffnung
und kleinere Speicher eine Entschlämmungsvorrichtung
unten am Speicher haben, damit regelmäßig entschlammt werden
kann. |
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Pufferspeicher gibt es entsprechend den Anwendungsfällen
in den verschiedensten Ausführungen. Die meisten Systemanbieter beziehen
ihre Speicher bei Behälterherstellern. |
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Quelle:
Huch GmbH Behälterbau |
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Ein einfacher
Pufferspeicher ist aus Stahlblech
hergestellt und hat für eine spätere Erweiterung
durch einen Rippenrohrwärmetauscher
bzw. zur Reinigung einen Blindflansch. Sinnvoll
ist auch ein Anschlussgewinde für einen
Heizstab (Elektroeinbauheizung),
z. B. bei der Einspeisung durch eine Wärmepumpe.
Außerdem sollten in verschiedenen Höhen Anschlüsse
vorhanden sein, damit die Einspeisung und Entnahme variabel
gestaltet werden kann. Auch Prallbleche (Leitbleche)
an den Anschlüssen sollten vorhanden sein, damit eine
ordentliche Schichtung möglich ist bzw.
die Schichtung nicht zerstört werden kann. |
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Rippenrohrwärmetauscher |
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Elektroeinbauheizungen |
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Magnesiumschutzanode |
Quelle:
Huch GmbH Behälterbau |
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In älteren
Heizungsanlagen werden oftmals emallierte
Pufferspeicher eingebaut, die mit einer Magnesiumschutzanode
oder einer wartungsfreien Fremdstromanode ausgestattet werden,
die den Speicher vor elektrochemischer
Korrosion, da diese
Anlagen in vielen Fällen auf Grund der eingauten Materialien
nicht mehr gespült und fachgerecht behandelt werden können. |
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Fremdstromanode |
Quelle:
Correx |
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Die wärmeführenden
Rohrleitungen sollten vom Speicher immer zuerst nach
unten geführt werden. Dadurch wird verhindert, dass warmes
Wasser vom Speicher durch Eigenzirkulation in die Rohrleitungen
aufsteigen kann. |
Warmes Wasser
wird aus dem Speicher abgezogen und fließt in der Rohrmitte
nach oben. Über solche Leitungen können beträchtliche Energiemengen
verloren gehen. Abhilfe kann ein so genannter Thermosiphon
schaffen. Wird die Leitung zuerst nach unten verlegt,
so sammelt sich das kalte Wasser am Grund des Siphons und
kann nicht weiter in den Speicher fließen. Die Tiefe
des Siphons sollte mindestens 3 bis 12 x
den Rohrdurchmesser haben. |
Schwerkraftbremsen,
die in den Anschlüssen integriert sind, funktionieren
nicht immer. |
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Besonders bei dem Einbau von Pufferspeichern
sollte das Membrandruckausdehnungsgefäß
(MAG) besonders genau berechnet werden. Auch sollte man berücksichtigen,
dass jeder Wärmeerzeuger auch bei der direkten Beschickung ein eigenes
kleines MAG benötigt, weil das Hauptgefäß am Puffer von
den Wärmeerzeugern abgesperrt werden kann. Verbindungsleitungen sind
eigentlich nicht mehr üblich, um Fehlzirkulationen auszuschließen. |
| Bei indirekt beheizten Pufferspeichern
wird auch ein Sicherheitsventil und ein Manometer
benötigt. |
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Einbindung
verschiedener Wärmequellen an einen Pufferspeicher |
Quelle:
ZACK Gesellschaft für innovative Heizungssysteme mbH |
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Ein Speicher sollte nur für
einen Zweck, entweder Trinkwasserspeicher oder Heizungspufferspeicher,
verwendet werden. Auch bei dem Einsatz eines Pufferspeichers kann es sinnvoll
sein, einen separaten Trinkwasserspeicher einzusetzen. |
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Quelle:
Bosch Thermotechnik GmbH |
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Tank-in-Tank-Speicher |
Quelle:
ORANIER Heiz- und Kochtechnik GmbH |
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Es kann aber aus Platzmangel
notwendig werden, beide Verwendungszwecke in einem Bauteil
zu ermöglichen. Diese "KombiSpeicher"
können aber immer nur eine Kompromisslösung
sein. |
Eine Trinkwassererwärmung,
z. B. über einen Pufferspeicher mit der Anbindung einer
thermischen Solaranlage und eine Heizkessels, setzt immer
eine hohe Speichertemperatur voraus. Auch muss die Wärme
im Speicher besonders gut geschichtet werden, damit an der
höchsten Stelle auch wirklich die höchste Temperatur
genutzt werden kann. |
| Frischwasserstation: |
In solchen Speichern
wird dann das Trinkwasser in einem Rohrwärmetauscher
(Frischwasserstation)
oder einem kleinen Behälter bei dem Wasserzapfvorgang
erwärmt. |
Bei diesem System
strömt das kalte Wasser durch ein Wellrohr
(Edelstahl) oder ein Rippenrohr (Kupfer)
im oberen Bereich des Puffers. Durch die entstehenden Turbulenzen
ist ein guter Wärmeübergang möglich und eine
Kalkablagerung wird weitgehend verhindert. Derartige Anlagen
kommen ohne zusätzliche Ladepumpe aus.
Eine Regelung der Warmwassertemperatur in die Rohrleitungen
wird durch ein 3-Wege-Ventil durchgeführt. |
| Tank-in-Tank-Speicher: |
Im oberen
Drittel eines Pufferspeichers befindet sich ein kleiner
Warmwasserspeicher, der durch die Wärme des
Pufferspeichers ständig erwärmt wird. Bei diesem
System kann mehr Warmwasser gezapft werden als im Innentank
ist. Interessanterweise kann das Pufferwasser dabei bis unter
den Wert TWW abkühlen, da der Wärmetausch zwischen
Warmwasserspeicher und Pufferspeicher zeitlich verzögert
geschieht. |
Beide Systeme sind
legionellenfeindlich, weil das gespeicherte
erwärmte Wasser bei jedem Zapfvorgang ausgetauscht wird. |
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Für jeden Anwendungsfall
bzw. Wärmequelle gibt es die passenden Pufferspeicher
und Trinkwassererwärmer (TW-Speicher). Da die Speicherarten
so vielfältig sind, ist die Auswahl der richtigen Art der Speicherladung,
um die eingespeicherte Wärme möglichst effizient nutzen zu können,
besonders wichtig. Man unterscheidet zwischen |
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Kaskadenschaltung
- Reihenschaltung |
Eine Kaskade
ist die Anordnung gleicher Teile in Reihe (Reihenschaltung - Kaskadenschaltung).
Das können Wärmeerzeuger (Heizkessel, Heizthermen, Wärmepumpen),
Trinkwasser- bzw. Pufferspeicher, Solarkollektoren oder Heizleisten sein.
Letztendlich ist eine Einrohr-Heizung auch eine Kaskade. |
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Kaskadenspeicher |
Quelle:
Exergy Systems Engineering |
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In vielen Gebäuden
sind die örtlichen Gegebenheiten derart beengt, dass
große Speicher nicht möglich sind. |
Hier ist der Einsatz
von Speicherkaskaden (Speicherbatterien)
angebracht. Diese bestehen aus mehreren kleineren Speichereinheiten,
die eng nebeneinander aufgestellt werden. Die Verbindung wird
mit Gummikmpensatoren
hergestellt, die nicht nur die Wärmeausdehnung der Anschlüsse
aufnehmen, sondern auch Maßungenauigkeiten ausgleichen.
Bei den in Reihe geschalteten Speichern sind die Temperaturen
in jedem Speicher unterschiedlich. Die Kaskadenschaltung
wird von einigen Herstellern auch bei unterschiedlichen Pufferspeichern
(verschiedene Inhalte oder verschiedene Konstruktionen)
empfohlen. |
Bei der in der Abbildung
dargestellten Kaskadenart sind keine weiteren wärmeabgebende
Anschlüsse notwendig. |
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Die Parallelschaltung
wird auch Neben- oder Nebeneinanderschaltung
genannt. Der Begriff kommt aus der Elektrotechnik, bei
der jedes Element der Schaltung an die gleiche Spannung angeschlossen
ist. |
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Seriall
parallele Anschlussart (nicht
abgeglichen) |
Quelle:
Exergy Systems Engineering |
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Parallel
angeschlossene Speicher |
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Bei der Speicherung
von Wärme sind mehrere Speicher
nebeneinander angeordnet und werden gleichzeitig
oder nacheinander geladen. Auf gleicher Weise wird auch die
Wärme entnommen. Aber auch Wärmeerzeuger
(Heizkessel, Heizthermen, Wärmepumpen, Solarkollektoren)
werden parallel geschaltet. |
Parallel geschaltete
Trinkwasser- oder Pufferspeicher führen zu einer Erhöhung
der Speicherkapazität bzw. Schüttleistung.
Der Anschluss mehrerer Speicher mit dem Tichelmannsystems
sorgt hier besonders gut zu einer gleichmäßigen
Aufladung. "Normal" angeschlossene
Speicher und Speicher unterschiedlicher Größe müssen
hydraulisch abgeglichen werden, damit eine
gleichmäßige Belandung gewährleistet ist. |
Auch Wärmeerzeuger
(Heizkessel, Wärmepumpen, Solarkollektoren) werden zur
Erhöhung der Leistung
in einer Parallelschaltung betrieben. Letztendlich sind die
Heizkörper in einem Zweirohrsystem
parallel geschaltet, wodurch jeder angeschlossene Heizkörper
mit der gleichen Vorlauftemperatur versorgt
wird. |
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Im Gegensatz
zur Kaskadenschaltung kann eine Speicherung
auch über spezielle Ventile in großvolumigen
Speichern erfolgen. Dabei wird über eine Regelung der Speicher schichtweise
geladen. Mit den gleichen Ventilen kann auch die Wärme schichtweise
entnommen werden. |
| Aber auch ohne Spezialventile ist
eine Wärmeschichtung in Speichern möglich.
Wenn ein Speicher hoch genug ist und einen größeren
Durchmesser hat, dann wird sich bei einer "sanften"
Ladung (geringe Fließgeschwindigkeit bei der Ladung) das
warme Wasser schichtweise einlagern. Dazu muss der Volumenstrom
richtig eingestellt bzw. bei mehreren Speicher hydraulisch
abgeglichen werden. Eine andere Art der Schichtenspeicherung
wird durch einen Thermosiphonspeicher
erreicht. Aber auch durch den Einsatz von mehreren Wärmetauschern
(bi- oder multivalente Speicher) in verschiedenen Höhen im Speicher
und mit verschieden hohen Temperaturen kann eine Schichtung aufgebaut
werden. |
In allen Fällen darf bei
der Entnahme die Schichtung nicht durch
zu hohe Fließgeschwindigkeiten zerstört werden. |
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Der multivalente
Mischer hat 5 Anschlüsse. Er
kann handbetätigt oder automatisch
mit Stellmotor und Regelung betrieben werden. |
| Einsatzmöglichkeiten |
1.
Der Mischer hat 4 Auslässe, die die
Wärme im Mischbetrieb aus den verschiedenen
Zonen eines Pufferspeichers oder von anderen Wärmequllen
beziehen. |
2.
Als Zonenmischer mit einem Stellmotor und
einer Regelung können sie die Zonen eines Pufferspeichers
beladen oder entladen. |
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Eine spezielle Ausführung
eines 4-Wege-Mischers ist der bivalente Mischer.
Dieser Mischer mit rotierendem Einsatz wurde für bivalente
Heizungsanlagen (Hybrid-Heizung)
konstruiert. Mit einem Stellmotor und einem
Regelgerät kann die Wärme von 2
verschiedenen Wärmequellen verteilt
bzw. gemischt werden. |
| Einsatzmöglichkeiten |
1.
Der BIV-Mischer hat zwei Zuläufe,
an die zwei verschiedene Wärmequellen angeschlossen werden.
Hier wird zwischen einer Primär- und
Sekundärwärmeqelle unterschieden
wird. Zuerst öffnet der Primäranschluss. Wenn die
Wärmezufuhr nicht ausreicht wird der Sekundäranschluss
und über einen Mischbetrieb wird die Warme weitergegeben.
Bei voller Leistungsanforderung ist nur noch der Sekundäranschluss
geöffnet. Man könnte auch sagen, dass dieser Mischer
die Funktion von zwei 3-Wege-Mischern übernimmt. |
2.
Bei dem Einsatz an einem Pufferspeicher wird
der Mischer an dem oberen und mittleren
Anschluss des Speichers angeschlossen. So kann entweder
die höhere Temperatur, die kühlere Temperatur aus
der Mitte oder eine Mischtemperatur in die Heizungsanlage
gegeben werden. Dies hat den Vorteil, dass die höhere
Temperatur im Speicher zwischenzeitlich zur Trinkwassererwärmung
genutzt werden kann. Der Heizungsrücklauf wird unten
am Speicher angeschlossen. |
3.
Eine dritte Einbaumöglichkeit ist das Beladen
eines Pufferspeichers. |
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Die Ladung eines
Warmwasserspeichers (Trinkwassererwärmung) kann
herkömmlich über einen in dem Speicher eingebauten Wärmetauscher
(Rohrbündel) oder durch einen externen Plattenwärmetauscher
(PWT) erfolgen. |
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Schichtladespeicher
verkürzen die Aufheizzeit des Warmwassers |
Quelle:
Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG |
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Ein Schichtenspeicher,
der über einen externen Plattenwärmetauscher geladen
wird , stellt schon nach kurzer Aufheizzeit eine Nutztemperatur
zur Verfügung. |
Bei diesem System entnimmt
eine Umwälzpumpe das Wasser aus dem
unteren, kälteren Speicherbereich und speist das über
den PWT aufgeheizte Wasser oben in den Speicher
(Obenladung) und schichtet entsprechend der
Ladezeit das warme Wasser ein. |
Dadurch steht schon
nach kurzer Zeit warmes Wasser in brauchbarer
Temperatur zur Entnahme zur Verfügung. Die Art der Ladung
ist besonders bei kleineren Heizleistungen, so z. B. bei modellierende
Brennwertthermen mit geringer Maximal-Leistung, Wärmepumpen
oder thermischen
Solaranlagen, von Vorteil. |
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| Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass gegenüber der Rohrschlangenwärmeübertragung die Speichergröße
kleiner gewählt werden kann. Dadurch werden auch die Bereitschaftsverluste
und Legionellenproblematik reduziert. |
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Druckloser
Pufferspeicher |
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Bei dem drucklosen
Pufferspeicher befindet sich der Wasserdruck
nicht im eigentlichen Speicher, sondern sich nur in den Rohrleitungen.
Dieser Speicher lässt sich einfacher in bestehende Gebäude
wegen der oft engen Türen und Treppenabgänge einbauen.
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Hierfür wird
ein im Keller geschweißter Tank verwendet.
Dieser Wärmespeicher für Heizung und Warmwasser
ist ein sehr einfach zu erstellender Kunststofftank mit 4.000
bis 6.000 Litern Inhalt (z. B. 1,5m x 1,5m und 2m hoch fassen
gut 4.000 Liter). So wird ein kompaktes und größeres
Volumen hergestellt. |
| Mit Wärmeleitkörper
und Doppeltrichter schichtet dieser Speicher
warmes Wasser oben ein und führt kaltes nach unten. Als
weiteren wesentlichen Vorteil wird mit dieser Technik die
Bildung bzw. Vermehrung von Bakterien (Legionellen) im warmen
Wasser verhindert. |
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| Druckloser
Solarspeicher |
| Quelle:
Bunk Bau & Solar |
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Die drucklosen
Solarspeicher werden aus einem temperaturbeständigen
Kunststoff (PP-Polypropylen) in allen Größen
in runder und rechteckiger Form im Raum vor Ort
hergestellt. Die Speicher bestehen aus Wandstärken von
10 - 20 mm und werden mit 10 - 50 cm gedämmt, was eine
langfristige Wärmespeicherung gewährleistet. |
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Der Erd-Pufferspeicher
in der drucklosen Variante besteht aus einem Stahlbetonbehälter
und einem Innenbehälter aus Edelstahl.
Im drucklosen Betrieb wird der Speicher zur Be- und Entladung
mit einem Zweikreis- oder Dreikreis-Wärmetauscher ausgestattet,
die dient und die Systemtrennung zwischen Heizungsanlage und
drucklosem Pufferspeicher gewährleistet. |
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Erd-Pufferspeicher |
Quelle:
Mall GmbH |
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Auslegung von
Pufferspeichern |
Nur zur Orientierung
kann die Pufferspeichergröße mit mindestens 50 l/kW Kesselleistung
angenommen werden.Wobei die BAFA-Förderung erst ab 55 l/kW gewährt
wird. In der Praxis geht man von 100 l/kW und mehr aus. Die Puffergröße
sollte aber immer richtig berechnet werden. |
| Auslegung Pufferspeicher nach Brennstoffaufnahme
(Faustformel) |
Wenn ein Heizsystem vorhanden ist,
bei dem keine Wärme während des Abbrandes entnommen wird, also
der Kessel (Holzscheitvergaser, wasserführender Kaminofen) die durch
den Abbrand entstehende Wärmemenge voll an den Pufferspeicher
abgibt, dann müssen zwei Faktoren bekannt sein. Diese sind die Kessel-Nennleistung
(kW) und die Nenn-Abbranddauer (Stunden). |
Faustformel > VPuffer
= 13,5 * QKessel * TAbbrand
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- 13,5 = Faktor verschieder Einheiten-Umrechnungen
und Näherungswerte für Dichte und spezifische Wärme
- QKessel = Kesselnennleistung -
kW
- TAbbrand = Nenn-Abbrandperiode
- h
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Die Berechnung
des Mindestinhalt eines Pufferspeichers
kann nach der DIN EN 303-5 mit folgender Formel ermittelt
werden. |
VPuffer,min
= 15 * QKessel * TB *
(1 - 0,3 * QH / QKessel,min
)
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- TB Nenn-Abbrandperiode - h
- QH Heizlast des Gebäudes
- kW
- QKessel,min niedrigste
einstellbare Kesselleistung - kW
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| Videos
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SHK-Lexikon |
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