Vollständige und unvollständige Verbrennung – Wenn aus Erdgas Wärme, CO₂ oder gefährliches CO wird
Warum Sauerstoff allein noch keine saubere Verbrennung garantiert
Grundlagen 6 von 30 – Vollständige und unvollständige Verbrennung
Lesezeit: ca. 10–12 Minuten
Vorkenntnisse
Für dieses Kapitel empfehlen wir Ihnen folgende Grundlagen:
- ✔ Grundlagen 1 – Was ist eine Verbrennung?
- ✔ Grundlagen 2 – Brennstoffe
- ✔ Grundlagen 3 – Erdgas
- ✔ Grundlagen 4 – Luft und Sauerstoff
- ✔ Grundlagen 5 – Das ideale Gas-Luft-Gemisch
Was bedeutet eigentlich „vollständige Verbrennung“?
Im vorherigen Kapitel haben wir gelernt, dass Brennstoff und Verbrennungsluft in einem geeigneten Verhältnis zueinander stehen müssen.
Aber ausreichend Sauerstoff allein garantiert noch keine vollständige Verbrennung.
Bei einer vollständigen Verbrennung werden die brennbaren Bestandteile des Brennstoffs möglichst vollständig oxidiert.
Betrachten wir wieder vereinfacht Methan (CH₄), den Hauptbestandteil von Erdgas:
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O + Energie
Aus Methan und Sauerstoff entstehen hauptsächlich:
- Kohlendioxid (CO₂)
- Wasser beziehungsweise Wasserdampf (H₂O)
- Wärme
Genau diesen Zustand möchten wir in einer Gasfeuerungsanlage möglichst gut erreichen.
Was bedeutet „unvollständige Verbrennung“?
Eine unvollständige Verbrennung liegt vor, wenn der Brennstoff nicht vollständig oxidiert wird.
Dann wird der im Brennstoff enthaltene Kohlenstoff nicht vollständig zu Kohlendioxid (CO₂) oxidiert. Stattdessen können unter anderem Kohlenmonoxid (CO) sowie weitere unvollständig oxidierte oder unverbrannte Bestandteile entstehen.
Vereinfacht lässt sich die Entstehung von Kohlenmonoxid so darstellen:
2 C + O₂ → 2 CO
Bei der tatsächlichen Verbrennung von Erdgas laufen wesentlich komplexere chemische Reaktionen ab. Diese Gleichung dient deshalb nur dazu, den grundsätzlichen Unterschied zwischen vollständiger und unvollständiger Oxidation zu verdeutlichen.
Unter bestimmten Verbrennungsbedingungen kann es außerdem zur Bildung von Ruß kommen.
Warum entsteht Kohlenmonoxid?
Die naheliegende Antwort lautet:
Zu wenig Sauerstoff.
Und tatsächlich ist Sauerstoffmangel eine wichtige Ursache für eine unvollständige Verbrennung und damit für die Bildung von Kohlenmonoxid.
Für den Servicetechniker reicht diese Erklärung allerdings nicht aus.
Denn eine Feuerungsanlage kann durchaus noch messbaren Sauerstoff im Abgas haben und trotzdem erhöhte CO-Werte erzeugen.
Das klingt zunächst widersprüchlich.
Ist es aber nicht.
Sauerstoff im Abgas bedeutet nicht automatisch eine einwandfreie Verbrennung
Das Abgasmessgerät misst den Sauerstoffgehalt an der Messstelle im Abgas.
Dieser Wert zeigt uns, wie viel Sauerstoff nach der Verbrennung im Abgas noch vorhanden ist.
Er sagt aber nicht, dass während der eigentlichen Verbrennung jedes Brennstoffmolekül zur richtigen Zeit und am richtigen Ort ausreichend Sauerstoff erreicht hat.
Damit eine Verbrennung möglichst vollständig ablaufen kann, müssen mehrere Voraussetzungen gleichzeitig stimmen:
- ausreichend Sauerstoff
- ausreichende Temperatur
- gute Durchmischung von Brennstoff und Luft
- genügend Zeit für die chemischen Reaktionen
Zusätzlich beeinflussen Druck- und Strömungsverhältnisse sowie die Konstruktion des Brenners den Verbrennungsprozess.
Genau deshalb kann ein Heizgerät noch Restsauerstoff im Abgas besitzen und gleichzeitig einen auffälligen CO-Wert zeigen.
Die Bedeutung der Temperatur
Verbrennung ist eine chemische Reaktion.
Damit diese Reaktionen zuverlässig und möglichst vollständig ablaufen, müssen geeignete Temperaturbedingungen vorhanden sein.
Wird die Flamme beziehungsweise die Reaktionszone beispielsweise lokal zu stark abgekühlt, können Verbrennungsreaktionen unvollständig bleiben.
Für den Servicetechniker ist deshalb nicht nur entscheidend, wie viel Luft vorhanden ist, sondern auch, unter welchen Bedingungen die Verbrennung tatsächlich stattfindet.
Ein Brenner ist ein aufeinander abgestimmtes System.
Verändern sich die Bedingungen innerhalb dieses Systems, kann sich auch die Qualität der Verbrennung verändern.
Die Bedeutung der Durchmischung
Gas und Verbrennungsluft müssen ausreichend miteinander vermischt werden.
Gerade bei modernen Gasgeräten ist dieser Punkt besonders wichtig.
Je nach Brennerkonstruktion werden Gas und Verbrennungsluft bereits vor der eigentlichen Verbrennungszone miteinander vermischt.
Das Gas-Luft-Verhältnis und die Strömungsverhältnisse müssen dabei zur Konstruktion des jeweiligen Brenners passen.
Verschmutzungen, Veränderungen an Brennerkomponenten oder Probleme innerhalb der Luft- oder Gaszuführung können diese Bedingungen beeinflussen.
Dann kann rechnerisch genügend Sauerstoff vorhanden sein – aber möglicherweise nicht dort und nicht zu dem Zeitpunkt, an dem er für die vollständige Verbrennung benötigt wird.
Die Bedeutung der Zeit
Auch chemische Reaktionen benötigen Zeit.
Brennstoff, Sauerstoff und Temperatur müssen lange genug unter geeigneten Bedingungen zusammenwirken, damit die Oxidation möglichst vollständig ablaufen kann.
Strömungsgeschwindigkeiten und Brennerkonstruktion spielen deshalb ebenfalls eine wichtige Rolle.
Das führt zu einer entscheidenden Erkenntnis:
Eine gute Verbrennung entsteht nicht allein durch die richtige Gas- und Luftmenge. Entscheidend ist, dass Brennstoff und Sauerstoff unter geeigneten Bedingungen miteinander reagieren können.
💬 Aus der Praxis – O₂ sieht gut aus, aber CO ist trotzdem zu hoch
Genau hier beginnt für mich die eigentliche Arbeit mit einem Abgasmessgerät.
Der Monteur sieht beispielsweise einen plausiblen O₂-Wert auf dem Display und könnte zunächst denken:
„Luft ist doch genügend vorhanden.“
Dann schaut er auf den CO-Wert – und der passt überhaupt nicht zum erwarteten Zustand der Anlage.
Jetzt hilft es wenig, einfach nur mehr Luft zu geben.
Der Servicetechniker muss verstehen, dass eine Verbrennungsstörung verschiedene Ursachen haben kann.
Je nach Gerät können beispielsweise eine Rolle spielen:
- Verschmutzungen am Brenner
- veränderte oder verschmutzte Luftwege
- Probleme mit der Gasversorgung
- veränderte Druckverhältnisse
- beschädigte oder fehlerhafte Brennerkomponenten
- Probleme mit der Abgasführung
- eine nicht den Herstellervorgaben entsprechende Einstellung
Welche Prüfungen anschließend erforderlich sind, richtet sich nach dem Gerät, dem konkreten Fehlerbild und den Herstellerunterlagen.
Das Abgasmessgerät zeigt uns die Auffälligkeit – die Ursache müssen wir als Fachleute finden. Erstelle in der Wartungs App deine Checklisten für die Wartungen so wie du es dir für dein Unternehmen vorstellst
Kohlenmonoxid ist mehr als nur ein schlechter Messwert
CO darf bei einer Feuerungsanlage niemals lediglich als Zahl auf dem Display betrachtet werden.
Kohlenmonoxid ist:
- farblos
- geruchlos
- mit den menschlichen Sinnen nicht zuverlässig wahrnehmbar
- giftig
CO entsteht unter anderem bei einer unvollständigen Verbrennung.
Gelangt Kohlenmonoxid in die Atemluft, kann es die Sauerstoffversorgung des Körpers massiv beeinträchtigen.
Für den Servicetechniker bedeutet ein auffälliger CO-Wert deshalb etwas völlig anderes als beispielsweise eine geringfügige Abweichung eines Effizienzwertes.
CO ist ein sicherheitsrelevanter Messwert.
Wie CO-Werte fachlich unter Berücksichtigung von Herstellervorgaben und gesetzlichen Anforderungen bewertet werden, behandeln wir später in der CheckWerk Akademie ausführlich.
Vollständig oder unvollständig – ein vereinfachter Vergleich
| Merkmal | Vollständige Verbrennung | Unvollständige Verbrennung |
|---|---|---|
| Sauerstoffversorgung | ausreichend | kann unzureichend sein |
| Durchmischung | geeignet | kann gestört sein |
| Temperaturbedingungen | geeignet | können ungünstig sein |
| Hauptprodukte bei Erdgas | CO₂ + H₂O | zusätzlich CO und weitere unvollständig oxidierte Bestandteile möglich |
| CO | möglichst niedrig | kann deutlich ansteigen |
| Energieausnutzung | günstig | kann sich verschlechtern |
| Betrieb | vorgesehener Zustand | kann sicherheitskritisch werden |
Die Tabelle ist bewusst vereinfacht.
Eine reale Verbrennung lässt sich niemals anhand eines einzelnen Merkmals oder Messwertes beurteilen.
Was sieht der Monteur bei der Wartung?
Eine Verbrennungsstörung muss nicht immer sofort offensichtlich sein.
Manchmal liefert bereits der Zustand des Gerätes wichtige Hinweise.
Je nach Gerätebauart können beispielsweise auffallen:
- ungewöhnliche Ablagerungen
- Verfärbungen
- verschmutzte Brenneroberflächen
- Veränderungen oder Ablagerungen am Wärmetauscher
- ein ungewöhnliches Flammenbild, sofern dieses sichtbar ist
- auffällige Geräusche beim Brennerstart oder während des Betriebs
Andere Probleme erkennt man dagegen erst mit dem Messgerät.
Genau deshalb gehören Sichtprüfung, Wartung und Abgasmessung zusammen.
Ein sauber aussehendes Gerät garantiert keine einwandfreie Verbrennung.
Und ein einzelner guter Messwert garantiert ebenfalls noch keine fehlerfreie Feuerungsanlage.
Warum die Messung nach der Wartung so wichtig ist
Bei einer Wartung greifen wir teilweise unmittelbar in das Verbrennungssystem ein.
Wir reinigen Komponenten, kontrollieren Elektroden, Brenner, Wärmetauscher und Luftwege und führen – abhängig vom Gerät – weitere Arbeiten nach Herstellervorgabe durch.
Danach müssen wir wissen:
Arbeitet die Feuerungsanlage anschließend wieder so, wie der Hersteller es vorgesehen hat?
Genau hier liefert die Abgasmessung wichtige Informationen.
Wir betrachten nicht nur einen einzelnen Wert, sondern das Zusammenspiel beispielsweise aus:
- O₂
- CO₂
- CO
- Abgastemperatur
- Verbrennungslufttemperatur
- Zug beziehungsweise Druckverhältnissen
Die jeweiligen Soll-, Prüf- und Einstellwerte müssen dabei den aktuellen Herstellerunterlagen des konkreten Gerätes entnommen werden.
💡 Praxis mit CheckWerk
Eine Abgasmessung wird besonders wertvoll, wenn die Ergebnisse nicht nur einmal betrachtet, sondern dauerhaft der jeweiligen Anlage zugeordnet werden.
In CheckWerk erstellst Du digitale Checklisten diese können Messwerte unterstützter Abgasmessgeräte über den standardisierten QR-Code übernommen und gemeinsam mit der Wartungsdokumentation der jeweiligen Anlage gespeichert werden.
Dadurch entsteht über mehrere Wartungen eine nachvollziehbare Messhistorie.
Der Servicetechniker kann beispielsweise erkennen, wenn sich O₂-, CO₂- oder CO-Werte gegenüber früheren Wartungen verändern.
Eine solche Veränderung ist noch keine automatische Diagnose.
Sie kann aber ein wichtiger Hinweis sein, genauer hinzusehen und die aktuelle Messung gemeinsam mit dem Anlagenzustand, vorherigen Messungen und den Herstellervorgaben zu beurteilen.
Die Messwerte liefern die Information – die fachliche Bewertung bleibt Aufgabe des Servicetechnikers.
Zusammenfassung
Bei einer vollständigen Verbrennung werden die brennbaren Bestandteile des Brennstoffs möglichst vollständig oxidiert.
Bei der vollständigen Verbrennung von Erdgas entstehen hauptsächlich:
- Kohlendioxid (CO₂)
- Wasserdampf (H₂O)
- Wärme
Bei einer unvollständigen Verbrennung können dagegen unter anderem Kohlenmonoxid und weitere unvollständig oxidierte Bestandteile entstehen.
Eine der wichtigsten Erkenntnisse dieses Kapitels lautet:
Ausreichend Sauerstoff allein garantiert noch keine vollständige Verbrennung.
Auch Temperatur, Durchmischung, Reaktionszeit sowie die konstruktiven und betrieblichen Bedingungen des Brenners spielen eine entscheidende Rolle.
Deshalb darf der Servicetechniker einen auffälligen CO-Wert niemals isoliert betrachten.
O₂, CO₂ und CO müssen gemeinsam mit dem Zustand der Feuerungsanlage und den Herstellervorgaben beurteilt werden.
Und genau hier wird aus der Abgasmessung mehr als das Ablesen einiger Zahlen:
Sie wird zu einem wichtigen Werkzeug für die Beurteilung der tatsächlichen Verbrennungsqualität.
Das erwartet Sie im nächsten Kapitel
Grundlagen 7 von 30 – Wärmeübertragung
Im nächsten Kapitel beschäftigen wir uns damit, was mit der bei der Verbrennung erzeugten Wärme passiert.
Sie erfahren:
- wie Wärme vom Brennraum auf das Heizungswasser übertragen wird
- welche Rolle der Wärmetauscher spielt
- warum Ablagerungen die Wärmeübertragung beeinflussen
- welche Wärmeverluste auftreten können
- warum eine gute Verbrennung allein noch keinen hohen Anlagenwirkungsgrad garantiert
Quellen und weiterführende Fachinformationen
- DVGW Arbeitsblatt G 260 – Gasbeschaffenheit
- DVGW Arbeitsblatt G 600 (TRGI) – Technische Regel für Gasinstallationen
- DGUV – Fachinformationen zu Kohlenmonoxid und den Gefährdungen durch unvollständige Verbrennung
- Testo – Fachinformationen und Praxisratgeber zur Abgasanalyse und Verbrennungsmesstechnik
- Für die Beurteilung und Einstellung einer konkreten Feuerungsanlage gelten die aktuellen Herstellerunterlagen des jeweiligen Ge
