Moderne Biomasseheizungen:

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1 Moderne Biomasseheizungen: Effizienz und Emissionen am Prüfstand und in der Praxis Christoph Schmidl Bioenergy GmbH

2 Inhalt Historische Entwicklung Stand der Technik bei modernen Biomassefeuerungen Zyklustest und Feldtests Herausforderung: Heizungssystem Raumheizgeräte: Beispiel FP7-Projekt BioCAT Ausblick: FP7 Projekt - BeReal Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Folie 2

3 Emissionen und Effizienz am Prüfstand historische Entwicklung Signifikante Verbesserung der Verbrennungsqualität Signifikante Verbesserung der Effizienz unter stationären Prüfbedingungen Folie 3

4 Stand der Technik moderne Scheitholzkessel Scheitholzvergaserkessel: Sturzbrand oder seitlicher unterer Abbrand Verbrennungsregelung mittels Lambdasonde Gestufte Verbrennung Saugzug, Pufferspeicher Folie 4

5 Stand der Technik moderne Pelletskessel Unterschub-, Einschub-, Abwurffeuerung verschiedene Rostkonzepte Niedrige Emissionen durch gute CO-Lambda-Charakteristik und gestufte Verbrennungsluftzufuhr Verbrennungsregelung mit Lambda-Sonde oder Brennraumtemperatur Gute Modulationsfähigkeit hohe Effizienz und niedrige Emissionen Brennwerttechnik Folie 5

6 Zyklustest für moderne (Biomasse-)Feuerungen Ziele Versuchsstandsmethodezur Bestimmung von Jahresnutzungsgrad und Emissionsfaktoren von Kleinfeuerungssystemen Soll in Typenprüfungsprozedere nach EN integrierbar sein Konzept: In Ahnlehnung an Fahrzyklustest für KfZ: Entwicklung eines Lastzyklustests für Feuerungssysteme Folie 6 European driving cycle test

7 Jahreslastzyklus - Test für Heizungen Last in % der Nennleistung Lastniveaus gemäß DIN Definierte Steigungen für Lastwechsel 100% 90% 80% 70% 60% 63% 50% 40% 30% 48% 39% 30% 20% 10% 13% 0% 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 Slide 7

8 Ausgewählte Ergebnisse Lastzyklustest Folie 8

9 Ausgewählte Ergebnisse Lastzyklustest Folie 9

10 Beispiel I: Feldmessung Passiv-/ Niedrigstenergiehaus Aktive Wärmerückgewinnung 12 kw Pelletskesselmit Ausgleichsbehälter Warmwasser fast ausschließl. mit Abluftwärmepumpe Heizung Warmwasser Brennstoff Effizienz [kwh] [kwh] [kwh] [%] Herbst ,4 Winter ,8 Frühling ,3 Folie 10

11 Beispiel I: Feldmessung Passiv-/ Niedrigstenergiehaus Aktive Wärmerückgewinnung 12 kw Pelletskesselmit Ausgleichsbehälter Warmwasser fast ausschließl. mit Abluftwärmepumpe Heizung Warmwasser Brennstoff Effizienz [kwh] [kwh] [kwh] [%] Herbst ,4 Winter ,8 Frühling ,3 Folie 11

12 Beispiel II: Feldmessung Saniertes Gebäude: ~110 kwh m -2 a kw Pelletskessel Solaranlage 400 l Warmwasserspeicher 8 kw Scheitholzofen CO mg/mj OGC mg/mj Staub mg/mj NOx mg/mj Emissionen aus 24h Messung 150,1 2,1 10,7 103,1 Emissionsfaktoren (UBA, 2004) Folie 12

13 Herausforderung: Heizungssystem Systemkonfigurationen Versuchsstand von Bioenergy2020+ Wärmeproduktion Pelletskessel Solareintrag (Sim) Wärmespeicher WW-Boiler: 300l (B300) Pufferspeicher: 825/1000/1500l Wärmeverteilung Variable Rücklauftemperatur Variabler Volumenstrom Folie 13

14 Herausforderung: Heizungssystem Systemkonfigurationen Versuchsstand von Bioenergy2020+ Wärmeproduktion Pelletskessel Solareintrag (Sim) Wärmespeicher WW-Boiler: 300l (B300) Pufferspeicher: 825/1000/1500l Wärmeverteilung Variable Rücklauftemperatur Variabler Volumenstrom Folie 14

15 Raumheizgeräte: FP7 Projekt BioCAT 1) Primärmaßnahmen umsetzen C 2) Sekundärmaßnahme integrieren: Optimise: - Time - Temperature - Turbulence - Air excess Oxidations- Katalysator(Pt, Pd) = Vermeidung der Bildung von Schadstoffen = Entfernen von bereits entstandenen Schadstoffen 3) Auswirkungen der Sekundärmaßnahme (z.b. Druckverlust) auf Primärmaßnahmen berücksichtigen Folie 15

16 Ablauf BioCAT I 1. Katalysator charakterisieren 2. Ofen charakterisieren T rechts 2. Uml T links 1. Uml T Brennkammer T rechts 1. Uml T Gastemp T links 2. Uml T Ofen Austritt C Folie 16 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:

17 Ablauf BioCAT II 3. Primäroptimierung Optimum Temperatur 1) 3) 2) Source: Bioenergy Katalysator Integration Folie 17

18 BioCAT Demonstrator: DemoCAT Behandeltes Abgas Unbehandeltes Abgas P CO, O2 P CO, O2 Trennwand, Separierung Beschichteter Katalysator unbeschichteter Katalysator Folie 18

19 Development of advanced testing methods for biomass room heating appliances (pellets stoves, firewood stoves and inset appliances) in order to better reflect real life operation Development of a centralized standardized evaluation tool for quality assurance purposes Proof of real life impact of advanced products by field test demonstration Proof of reliability and reproducibility of testing methods and evaluation tools through a Round Robin test Development and introduction of a quality label based on the novel testing methods Genehmigtes FP7 Projekt Start Oktober 2013 (14 Partner ausat, BE, DE, DK, IT, SE, SL) Folie 19 Development of an advanced type testing method for biomass room heating appliances with the focus of practical real life operation conditions

20 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Ergebnisse der Typenprüfung nach EN zeigen die beachtliche Entwicklung von Biomassekleinfeuerungen Moderne Biomassekleinfeuerungen besitzen unter stationären Betriebsbedingungen eine sehr hohe technologische Reife Lastzyklusmessungen zeigen Abweichungen von Ergebnissen der Typenprüfungen Differenzierung zwischen verschiedenen Kesseln Heizungsdesign, Komponenten, Qualität der Heizungsinstallation und Betriebsbedingungen sind entscheidend für Nutzungsgrad und Emissionen Folie 20

21 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Zyklustests und Typtagmessungen am Versuchsstand und Feldmessungen belegen Realistische Jahresnutzungsgrade von über 80% CO, OGC und Staubemissionen liegen Größenordnungen unter den Emissionsfaktoren des Anlagenbestands Zyklustest als neue / zusätzliche Referenzmethode Standardisierung des Heizungsdesigns Gute Qualifizierung der Heizungsbauer Kesseltausch hat hohes Potenzial zu Effizienzsteigerung und Verbesserung der Luftqualität Folie 21

22 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Entwicklung von Raumheizgeräten durch Primärmaßnahmen hat nach wie vor großes Potential Durch die Kombination mit Sekundärmaßnahmen scheinen weitere Verbesserungen möglich (vgl. BioCAT) Emissionswerte von automatischen Feuerungen unter Laborbedingungen erreichbar Feldtests laufen in der kommenden Heizsaison Auch Raumheizgeräte benötigen neue fortschrittliche Bewertungsmethoden Europäisches Projekt BeREAL startet im Oktober Ziel: Neues Qualitätskriterium für den praktischen Betrieb Folie 22

23 Dank den Förderstellen Unternehmenspartnern Folie 23

24 Dank den Wissenschaftlichen Partnern Folie 24

25 VielenDank! Christoph Schmidl Unit Head small-scale combustion systems BIOENERGY GmbH, Location Wieselburg Tel: