Scheitholz: Ein Brennstoff mit Zukunft. Heizungstechnik zur Verbrennung nachwachsender

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1 Scheitholz: Ein Brennstoff mit Zukunft Heizungstechnik zur Verbrennung nachwachsender Energieträger Heizen mit Holz ist heizen im Kreislauf der Natur. Ein Leitsatz, den Dipl. Ing. Prof. Dr. Sc. Siegfried W. Rapp vom Informationszentrum Energie & Umwelt beim Landesgewerbeamt Baden-Württemberg geprägt hat. Die Argumente zur Nutzung des nachwachsenden Brennstoffs aus heimischen Wäldern sind vielfältig und überzeugend. Neben dem ökologischen Aspekt sprechen - aufgrund der stetig steigenden Kosten für fossile Energieträger - auch ökonomische Gesichtspunkte für die Verbrennung von Holz. Fast jeder dritte Haushalt in Deutschland * (10,6 Mio.) besitzt mindestens einen Wärmeerzeuger, der mit festen Brennstoffen betrieben werden kann. Während der Bestand an Altgeräten permanent abgebaut wird sind in den letzten Jahren durchschnittlich neue Feuerstätten dieser Bauart hinzugekommen. Ein Trend, der sich nicht nur im Absatz von Kamin- und Kachelöfen wiederspiegelt sondern mittlerweile auch zentrale Heizungsanlagen erfasst. Wir haben uns deshalb eingehender mit dieser Thematik beschäftigt und einen sogenannten Holzvergaserkessel etwas genauer betrachtet. Holz als Brennstoff Holz wird gänzlich ohne Fremdenergie erzeugt und gibt bei der Verbrennung nur soviel Kohlendioxid (CO 2 ) ab, wie es zuvor für sein

2 Wachstum verbraucht hat. Der nachwachsende Rohstoff gilt somit als CO 2 -neutral und steuert nur einen unwesentlichen Teil zum Treibhauseffekt bei. Die vom Deutschen Bundestag eingesetzte "Enquete-Kommision zum Schutze der Erdatmosphäre" hat, in einem Vergleich der Energieträger zur CO 2 - Belastung, deshalb den Brennstoff Holz mit der Emissionskennzahl "Null" bewertet. Gleichzeitig werden für jedes verbrannte Kilogramm Holz fossile Energieträger eingespart. Die Verfügbarkeit des Naturprodukts ist als sichergestellt zu betrachten. Nach Einschätzung von Experten werden vom jährlichen Zuwachs - dem sog. Holzeinschlagspotential - in unseren Wäldern derzeit nur etwa zwei Drittel genutzt. Eine umfassende Versorgung mit Energieholz ist in Deutschland also langfristig gesichert. Die vergleichbar kurzen Transportwege beeinflussen nicht nur die Ö- kobilanz positiv; sie garantieren auch in Zukunft eine preisbewusste und problemlose Versorgung. Durch eine Erhöhung des Brennholzverbrauchs würde die heimischen Wald- und Holzwirtschaft außerdem eine bessere Wertschöpfung für ihre Produkte und Liegenschaften erzielen. Eine Argumentation, die hierzulande nicht so ernst genommen wird wie in anderen Staaten (z. B. Skandinavien oder Österreich). Brennholz für den häuslichen Abbrand ist heute vornehmlich in vier Formen erhältlich: Hackschnitzel, die sich mit einer Normgröße von 40 x 20 x 10 mm in speziellen Feuerstätten verbrennen lassen.

3 Scheitholz, in gespaltenen Längen von 25, 33 oder 50 cm. Holzbriketts, die industriell in Längen von ca. 20 cm mit einer Restfeuchte von unter zehn Prozent hergestellt werden Holzpellets: Ein DIN-geprüfter Qualitätsbrennstoff mit besonders hohem Heizwert (ca. 5 kwh/kg) Mit einem Marktanteil von 91 % * erfreut sich Holz bei den festen Brennstoffen eindeutig der größten Beliebtheit. Ein Argument stellt in diesem Zusammenhang sicherlich die kostenlose bzw. kostengünstige Beschaffungssituation dar. Etwa 60 % der westdeutschen und ca. 75 % der ostdeutschen Haushalte verfügen über derartige Bezugsquellen. Da es mit relativ einfachen Mitteln zu erzeugen ist, steht Scheitholz am häufigsten zur Verfügung. Die Verbrennung Zur Verfeuerung geeignetes Stück- oder Scheitholz muss trocken sein. Damit es keinen höheren Wassergehalt als 20 % aufweist wird Holz in der Praxis etwa zwei Jahre lang gelagert. Die Länge der Scheite richtet sich nach der Größe des Feuer- bzw. Füllraumes. Moderne Heizkessel für den häuslichen Einsatz (bis 40 kw) weisen üblicherweise Füllräume für 50 cm lange Holzstücke auf. Um die Reaktionsoberfläche des Brennstoffs zu vergrößern ist es außerdem sinnvoll gespaltenes Holz zu

4 verwenden. Das Abbrandverhalten wird dadurch positiv beeinflusst. Die Frage nach der geeigneten Baum- bzw. Holzart ist eigentlich eine Frage des Komfortanspruchs. Härte Hölzer weisen aufgrund ihrer höheren Dichte einen besseren Heizwert auf und verlängern dadurch die Nachfüllintervalle. Heizwerte je Festmeter luftgetrocknetes Laubholz (ca. 450 kg mit 15 % Restfeuchte) Ahorn Birke Buche Erle Esche Eiche Pappel Weide kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh Nadelholz Douglasie Fichte Kiefer / Lärche Tanne kwh kwh kwh kwh Ab einer Temperatur von ca. 150 C beginnt Holz, sich thermisch zu zersetzen und auszugasen (Pyrolyse). Erst die freigesetzten Schwelgase sind unter Zufuhr von Sauerstoff und bei guter Vermischung brennbar Holz an sich brennt nicht. Die produzierten Schwelgase eines Holzfeuers sollten in einer Temperaturzone von 800 C bis C vollständig ausbrennen können. Ein Aspekt, der bei der Konstruktion von Brennkammern eine we-

5 sentliche Rolle spielt. Der im Glutbett bzw. Feuerraum verbleibende Kohlenstoff (Holzkohle) verbrennt zuletzt. Die Gesamtabbrandzeit setzt sich zu einem Drittel aus der sogenannten Verflüchtigungsphase und zu zwei Drittel aus der Verbrennungsphase des Restkohlenstoffes zusammen. Unerwünschte Nebenprodukte sind die bei unvollständiger Verbrennung anfallenden Kohlenmonoxide, Kohlenwasserstoffe und Russpartikel, die e- benfalls Kohlenwasserstoff enthalten können. Zeitgemäße Heizungstechnik Eine wichtige Voraussetzung für die wirtschaftliche Verbrennung der sogenannten Biomasse ist der Einsatz geeigneter Heizungssysteme. Besonders gefragt sind Feuerungen im Leistungsbereich bis etwa 40 kw bei denen die technische Entwicklung in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht hat. Beispielhaft für diesen Trend sind die vollautomatisch regelbaren Festbrennstoffkessel von Windhager, dem größtem Hersteller dieser Wärmeerzeuger in Europa. Der HMX Holz-Modulkessel besitzt von der Zündphase bis zum Abbrand hin einen Bedienungskomfort, der Öl- oder Gasfeuerstätten in nichts nachsteht. Das liegt u.a. an der serienmäßig eingebaute mechanische Heizflächenreinigung. Sie wird einfach per Hand von Außen betätigt ohne das der Heizkessel geöffnet werden muss. Dieser Vorgang lässt sich mit geringem Zeitaufwand (ca. 2 Min.) und ohne Schmutzentwicklung durchführen. Er verlängert die sonstigen Reinigungsintervalle und sorgt für einen gleichbleibend hohen Wirkungsgrad der Feuerstätte.

6 Besondere Beachtung verdient auch die Anheizautomatik. Mit Hilfe dieser Funktionskontrolle kann bereits nach drei Minuten eine Brennkammer-Temperatur sichergestellt werden, die eine optimale Feuerungsqualität gewährleistet. Für den Betreiber ist somit jederzeit eine sichere, schnelle und einfache Handhabung gegeben. Des Weiteren ermittelt die mikroprozessorgesteuerte Verbrennungsregelung Thermocontrol ständig die Feuerraumtemperatur und sorgt somit für eine optimale Luftzufuhr über das stufenlos arbeitende Saugzug-Gebläse. Die Brennkammer besteht aus einem speziellen Keramikmaterial. In ihr werden innerhalb kürzester Zeit die Temperaturen erreicht, die im Volllast- als auch im Teillastbetrieb (wenn notwendig) eine schadstoffarme Verbrennung sicherstellen. Ein weiterer Pluspunkt ist die Flexibilität in Bezug auf die Brennstoffauswahl, die sich durch die Konstruktion und Größe des Füllraums ergibt. Neben Scheitholz in Längen bis zu 55 cm (Kantenlänge ca. 15 cm) und Hackschnitzel lassen sich im Windhager HMX auch Holz- Briketts verbrennen. Zum Schutz gegen die im Holz enthaltenen organischen Säuren wurde der Füllraum aus Edelstahl rostfrei gefertigt. Je nach Nennwärmeleistung ergibt sich ein Volumen von Litern Brennstoff, was einer Scheitholzmenge von kg entspricht. Der Holz-Modulkessel HMX kann somit bis zu 12 Stunden ohne Nachlegen betrieben werden. Darüber hinaus verspricht die großzügig dimensionierte Füllraumtür mit einem Öffnungswinkel von 180 einen hohen Beschickungskomfort. Um das Nachlegen des Brennstoffs möglichst rauchfrei zu gestalten

7 besitzt der Spezialkessel eine patentierte Schwelgasabsaugung mit automatischer Schwelgasklappe. Durch die sogenannte Modul-Bauweise wird außerdem an allen Bereichen des Wärmeerzeugers eine gute Zugänglichkeit zur Durchführung von Service- und Wartungsarbeiten ermöglicht. Trend zum Kombispeicher Für den Betrieb bivalenter Anlagenkonzepte (z.b. Solarenergie in Kombination mit Holzpellets) liegt es nahe, die Vorzüge eines Pufferspeichers zur Heizungsunterstützung mit der Warmwasserbereitung zu verbinden. Niedrigere Anschaffungs- und Montagekosten, die problemlose Einbindung in den Heizungskreislauf sowie eine höhere Energieausnutzung sprechen eindeutig für dieses Konstruktionsprinzip. Die sogenannten Kombispeicher können von mehreren Wärmeerzeugern aus gespeist werden. Konventionelle Öl- und Gasgeräte lassen sich ebenso einbinden wie Festbrennstoffkessel, Wärmepumpen oder Wärmerückgewinnungssysteme. Anlagenbetreiber haben somit jederzeit die Möglichkeit, ihr Heizungssystem schrittweise aufzubauen bzw. später zu ergänzen. Vorbildlich umgesetzt wurde das beschriebene Konzept in der CaloWIN-Baureihe (s. Bild 6) Für die Planung relevant: Hat man sich für den Betrieb einer Festbrennstoff-Feuerstätte entschieden muss bereits in der Planungsphase ein geeignetes Schornsteinsystem mit einem Innendurchmesser von mindestens 16 cm Berücksichtigung finden. Aufgrund der niedrigen Abgastemperaturen (im Teillastbereich beim Windhager HMX ca.

8 110 C) sollte auf eine feuchteunempfindliche Ausführung geachtet werden. Moderne Abgasanlagen bieten außerdem die Möglichkeit einen holzbetriebene Wärmeerzeuger mit Verbrennungsluft von Außen zu versorgen. Gerade innerhalb dichter Gebäudehüllen kann dadurch die Funktionssicherheit wesentlich erhöht werden. Um den Betrieb der Heizungsanlage frei von witterungsbedingten Druckeinflüssen sicherzustellen ist zudem der Einbau eines Zugbegrenzers empfehlenswert. Die Bevorratung fester Brennstoffe ist relativ unproblematisch. Laut geltendem Baurecht dürfen bis zu kg innerhalb des Gebäudes gelagert werden, wenn die Nennwärmeleistung 50 kw nicht übersteigt. Bei größeren Anlagen bzw. Lagermengen besteht die Pflicht einen Heizraum und/oder Brennstofflagerraum zu errichten. Darüber hinaus sind selbstverständlich die brandschutztechnischen Belange zu beachten. Fazit Holz ist gespeicherte Sonnenenergie aus heimischen Wäldern, die ausreichend verfügbar ist. Der nachwachsende Brennstoff kann die Charaktereigenschaften preiswert, umweltfreundlich und krisensicher für sich verbuchen. Hochwertige Spezialheizkessel bieten außerdem ein Komfortniveau, dass dem einer Öl- oder Gasheizung in nichts nachsteht. Als weiteres Argument zur Anschaffung derartiger Feuerstätten dient seit Jahresbeginn auch die staatliche Fördersituation. Das Bundesumweltministerium hat die Richtlinien zum Marktanreizprogramm für erneuerbare Energien verbessert. Darüber hinaus gewähren einige Bundesländern zusätzliche Fördermit-

9 tel. Nähere Informationen erteilt das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (s. Info-Adressen). Wärmeerzeuger zur Verbrennung von Scheitholz - die als handbefeuerte Holzvergaserkessel gelten - sind demnach im Leistungsbereich zwischen 15 kw und 100 kw mit 50 pro kw zu fördern. Bei Anlagen mit einem Kesselwirkungsgrad von 90 Prozent und mehr beträgt die Förderhöhe mindestens Dieses Kriterium erfüllt u. a. der Holz-Modulkessel HMX von Windhager.