MIT HOLZ RICHTIG HEIZENINFO BROSCHÜRE. Dez

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1 RICHTIG HEIZENINFO MIT HOLZ BROSCHÜRE Das Thema Heizen mit Holz erweckt meist nostalgische Gefühle, Gedanken an offenes Kaminfeuer, das Knistern der Flammen, Vorstellung von Behaglichkeit. Unsere Vorliebe für Holzheizung ruht in unserer Vergangenheit kein anderer Brennstoff hat eine so lange Tradition. Doch das alte Wissen über das Heizen mit Holz ist im Industriezeitalter durch die Automatisierung, der automatischen Öl- und Gasheizungen, teilweise verlorengegangen. Vielleicht gut so, denn gleichzeitig mit der Automation ist der Komfortanspruch gestiegen, und niemand gibt sich mehr damit zufrieden, wie in alten Zeiten nur einen Raum des Hauses mit einem Holzeinzelofen zu heizen. Diese neuen Technologien sind gut, wichtig und nötig, um die unten angeführten energiepolitischen Ziele mit Holz und in größerem Umfang mit Biomasse zu erreichen. Dez Energiepolitische Ziele: Ersatz ausländischer Energieträger durch heimische Ersatz nicht erneuerbarer Energieträger durch erneuerbare Erhöhung der Versorgungssicherheit durch Diversifikation der Energieträger Erhöhung der Versorgungssicherheit durch größere Flexibilität der Energieträger Umweltverträglichkeit Sozialverträglichkeit Volkswirtschaftliche Effizienz. Wenn man über richtiges Heizen spricht, lassen sich einige Aussagen zur Technik und Chemie der Verbrennungsvorgänge nicht vermeiden. Diesen theoretischen Teil können Sie natürlich auch übergehen und gleich zu den folgenden Seiten blättern: Beschreibung Öfen Seite 7 Beschreibung Kessel Seite 9 Pufferspeicher Seite 10 Hackschnitzelfeuerungen Seite 11 Rauchfang, Warmwasser Seite 13 Fehler beim Heizen mit Holz Seite 15 Energie Beratungsstelle Steiermark 1

2 2 HOLZ UND UMWELT Der Mensch setzt durch Atmung und Ernährung Energie um und benötigt dabei den Sauerstoff der Luft. Auf unserem Planeten wäre Leben ohne Umkehrung nicht möglich. Die grüne Pflanze ist dank der Photosynthese in der Lage, Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid (CO 2 ) aus der Luft aufzunehmen und daraus bei Sonnenlicht als Energiespender in Verbindung mit Wasser und Mineralsalzen verschiedene zuckerartige Verbindungen aufzubauen und Sauerstoff freizusetzen; dabei entstehen Ausgangssubstanzen für die Hauptbestandteile des Holzes, wie Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Der in der Pflanze gebundene Kohlenstoff wird im Lauf der Zeit wieder an die Atmosphäre zurückgegeben: Ein geringer Teil der Assimilate wird durch die Pflanzenatmung wieder zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Ein sterbender Baum wird im Zuge der Verrottung von unzähligen Organismen, wie Pilzen und Bakterien, langsam zu Kohlendioxid und Wasser umgewandelt. Dabei werden vergleichbare Mengen von CO 2 freigesetzt wie bei der Verwertung des Holzes durch Verbrennung. Heizen mit Holz heißt daher Heizen im Kreislauf der Natur. Bei der Verbrennung fossiler Energieträger wird aus den erdgebundenen Lagerstätten zusätzlich Kohlenstoff an die Atmosphäre abgegeben. Die derzeit riesige Nutzung von Kohle, Öl und Gas führt zu einem ständigen Ansteigen des Kohlendioxids in der Atmosphäre. Das behindert die Wärmeabgabe von der Erde ins Weltall, es wirkt wie ein Glashaus ( Treibhauseffekt ). Klimaforscher befürchten in den nächsten Jahrzehnten ein weiteres Ansteigen der Temperatur auf der Erde mit weitreichenden Klimaverschiebungen und somit heute noch nicht absehbaren wirtschaftlichen Anpassungsproblemen. Diese drohende Entwicklung kann nur verlangsamt werden, wenn der Einsatz der fossilen Energieträger schrittweise reduziert wird. Solange mehr Holz produziert als verbraucht wird, stellt der Ersatz fossiler Energieträger durch Biomasse (Holz usw.) einen Beitrag zur Minderung der CO 2 -Probleme dar und hilft mit, eine mögliche Klimakatastrophe zu verhindern. BIOMASSE: Organische Stoffe nicht fossiler Art, aber biologischer Herkunft. Ein Teil dieser Stoffe kann unter Umständen der Gewinnung von Energie zugeführt werden. In Biomasse ist die durch Photosynthese in chemische Energie umgewandelte Sonnenenergie gespeichert. Sie ist für den Menschen seit jeher in Form von Nahrung der wichtigste Energielieferant. Die für die energetische Verwertung von Biomasse wichtigsten Methoden sind die chemischen Verfahren der Verbrennung, Vergasung, Pyrolyse und Hydrolyse sowie die biologischen Umwandlungen zu Methan oder Alkohol. Die Verbrennung in gewachsener oder zuvor aufbereiteter Form ist die wichtigste und älteste Art der Verwertung. Eine Art der Aufbereitung ist die Hochdruckverdichtung (Pelletierung), die heute schon großtechnisch eingesetzt wird, wenn hochwertige Biomasse (Futterstoffe) veredelt werden soll. Der Lageraufwand wird dadurch kleiner, die Handhabung einfacher und der Verbrennungsvorgang besser regelbar. Somit steht auch die Biomasse in festem, flüssigem (beispielsweise Rapsöl) und gasförmigem Zustand (Biogas) sowie als Rohstoff für die chemische Industrie zur Verfügung. Neben dem Holz, das sicher der wichtigste ist, haben Stroh und Energiegras als Biomasse-Festbrennstoff Bedeutung. Auch andere Biomasse, wie Kakaobohnenschalen, Kartoffelschalen usw. sind für Verbrennung und Energiegewinnung denkbar. Diese Broschüre soll sich nur mit Holz befassen. mehrsprachiges Wörterbuch ENERGIE- TERMINOLOGIE, 2. Auflage, Weltenergiekonferenz, London

3 HOLZSORTEN Woher und in welcher Form steht Holz für die energetische Nutzung zur Verfügung? Brennholz aus dem Wald Scheiter, Rollen Prügel (1 m lang) Stückholz ofenfertig (geschichtet o. geschüttet) Waldhackgut: grob bis 150 mm, fein bis 30 mm Brennholzsortimente aus der Holzwirtschaft Schwarten, Spreißel gebündelt Sägehackgut bis 50 mm Sägespäne bis 5 mm Hobelspäne unregelmäßig Rinde Preßlinge: Briketts, Pellets Auch wenn das Abfallholz aus holzbe- und verarbeitenden Betrieben stammt, soll natürlich behandeltes Holz (imprägniert, lackiert usw.) nicht verwendet werden. Energieholz Schnellwüchsige Baumarten wie Pappeln, Weiden, Erlen, Robinien werden in Kurzumtrieb für Feinhackgut zur energetischen Nutzung erzeugt. Hier zeigt sich schon, daß abhängig vom Lieferanten unterschiedliche Formen angeboten werden. Frisches Holz aus dem Wald ist natürlich feuchter als beispielsweise Hobelspäne, bei denen das Holz für die weitere Verarbeitung bereits getrocknet war. Die Frage soll daher primär lauten: In welcher Qualität bekommt man das Holz? QUALITÄT Als Klassifizierungsmerkmale dienen: Holzart Chemische Grunddaten-, Elementarzusammensetzung (Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Schwefel und Stickstoff) Aschegehalt Ascheschmelzverhalten Gehalt an flüchtigen Bestandteilen Heiz- und Brennwert Form Rohdichte Festgehalt Wassergehalt Verschmutzungsgrad Die Einteilung von Energiehackgut mit und ohne Rinde in verschiedene Klassen und Anforderungen: Wassergehalt Korngröße Aschegehalt Schüttdichte Die Schüttdichte eines Brennstoffes hängt vom Wassergehalt, von der Holzart, vom Wuchsstandort, Form der Teilchen und der Verdichtung ab. Sie beeinflußt Lager- und Transportvolumen sowie die Konstruktion der Förder- und Dosiereinrichtungen. Die Schüttdichte im wasserfreien Zustand ist ein Maß für den Energiegehalt eines Volumens. Anteil an Fremdstoffen Grobe Verunreinigungen, wie Steine, Metallteile und sonstige Fremdkörper, sowie die Zugabe von brennbaren Fremdstoffen, wie beispiels-weise Schleifstaub, sind unzulässig. ÖNORM M 7132 Energiewirtschaftliche Nutzung von Holz und Rinde als Brennstoff ÖNORM M 7133 Energiehackgut ÖNORM M 9466 Seite 8: Handelsübliche Brennstoffsortimente - Kennwerte und Umrechnungen 3

4 Einfluß der Feuchtigkeit Eine wichtige Größe eines Brennstoffs ist sein Heizwert, der Energieinhalt, der bei der Verbrennung in nutzbare Wärme umgewandelt werden kann. Der Heizwert pro kg trockene Holzmasse variiert zwischen den verschiedenen Holzarten kaum. Das spezifische Gewicht (kg/m 3 ) ist vor allem zwischen Laubholz und Nadelholz sehr unterschiedlich. Der auf das Volumen bezogene Heizwert hängt zwar auch vom Wassergehalt ab, das Volumen selbst verändert sich aber durch Trocknung nicht. Brennholz wird daher nach dem Raummaß gehandelt. Obwohl der Einfluß der Feuchte einen relativ geringen Einfluß auf den theoretisch nutzbaren Energieinhalt pro Holzvolumen hat, ist die Feuchte bei den meisten heute üblichen Feuerungssystemen von großer Bedeutung: Je höher die Feuchte, um so schwieriger ist es, den theoretischen Energieinhalt auch praktisch zu nutzen. Bei der Verbrennung muß das Wasser erwärmt und verdampft werden. Diese Wärme wird der Verbrennungswärme entzogen, die Folge sind relativ niedrige Flammtemperaturen und Schwelgase. Sind die Temperaturen unter einem bestimmten Wert, so kommt es zu unvollständiger Verbrennung. Ein schlechter Wirkungsgrad, Schadstoffund Geruchsemissionen sind die Folgen. Bei Feuerungssystemen, welche auch feuchtes Holz oder Rinde mit hoher Wirtschaftlichkeit und niedrigen Emissionen verbrennen, lohnt sich der Trocknungsaufwand zur Erhöhung des Energieinhaltes nicht. Für feuchte Brennstoffe wird schon mittelfristig die Rauchgaskondensation zu einer wesentlichen Verbesserung der Nutzungsgrade führen. Für die Ermittlung des Heizwertes von Holz mit beispielsweise 20 % Wassergehalt wird 80 % des Gewichts als Holzgewicht angesehen (somit nur 80 Prozent des Heizwertes gerechnet) und davon noch jene Wärme abgezogen, die nötig ist, um das enthaltene Wasser (20 Prozent des Gewichtes) zu verdampfen. Für die Berechnung des Heizwertes in kwh ist die Verdampfungswärme des Wassers von 0,68 kwh/kg einzusetzen. Heizwert der Holz-Trockensubstanz = 5,33 kwh/kg. Beispiel: Holz mit einem Wassergehalt von 20 %. Hu (20%) = [5,33 x (100 20) 0,68 x 20] 100 = 4,1 kwh/kg Zusammenhang Heizwert zu Wassergehalt kwh/kg 6 5 5,5 kwh/kg Trockensubstanz Heizwert Hu ,3 kwh/kg TrS 4,9 kwh/kg TrS 4 1 lufttrocken weidfrisch Wassergehalt w %

5 HEIZEN MIT HOLZ Auszug aus der FAGV: Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe Händisch beschickt Emissionsgrenzwerte CO NO x HC Staub Rußzahl [mg/mj] [mg/mj] [mg/mj] [mg/mj] FEUERUNGSANLAGEN Wärmeerzeuger für Biomasseverbrennung können nach verschiedenen Kriterien unterschieden werden. Auch wenn diese Broschüre von Holzheizungen und nicht von Fernwärme handelt, ist die Bedeutung hinsichtlich Emissionen zu erwähnen, welche die Unterscheidung zwischen Kleinund Großanlagen in Form von Fernheizwerken hat. Großfeuerungsanlagen unterliegen seit einiger Zeit kontinuierlich strenger werdenden Bestimmungen (beispielsweise Luftreinhaltegesetz), und die technische Entwicklung hat mit den Anforderungen durchaus Schritt gehalten beziehungsweise diese übertroffen. Schwefelemissionen sind aufgrund der Zusammensetzung von Holz nur in sehr geringem Ausmaß vorhanden (am ehesten durch Eintrag in die Rinde infolge der vorhandenen Luftverschmutzung), andere Emissionen wie NOx und Kohlenwasserstoffe können durch geeignete Verbrennungstechnologien weit unter den zulässigen Grenzwerten gehalten werden, und für die bei Festbrennstoffen anfallende Staubemission gibt es ausgereifte und wirkungsvolle Filteranlagen. Maßnahmen, die bei Großanlagen eher wirtschaftlich und vor allem kontrollierbar sind. Die Entlastung der lokalen Emissions- und Immissionsverhältnisse in der Steiermark durch die Errichtung von bereits über 80 Fernheizwerken, die mit Biomasse betrieben werden, darf nicht von einem weiteren Ziel, die Emissionen auch bei den Kleinfeuerungen zu senken, ablenken, bei denen zweifellos geringere Kontrollierbarkeit gegeben ist. In einer 1990/91 von der Stadt Wien durchgeführten Messung von 900 Heizanlagen, wurden 59 % als nicht zulässig und 11 % als schlecht befunden. In den anderen Bundesländern dürfte der Zustand der Einzelanlagen wohl kaum anders sein. In der Steiermark soll die Feuerungsanlagen- Genehmigungs-Verordnung (FAGV) Verbesse- Automatisch beschickt rungen bringen. Eine Feuerungsanlage (oder Teile davon), die neu errichtet oder wesentlich verändert wird, darf nur dann in Betrieb genommen werden, wenn eine Typen- oder Einzelgenehmigung vorliegt. Diese wird dem Hersteller oder Importeur der Anlage auf Antrag vom Amt der Steiermärkischen Landesregierung, Rechtsabteilung 3, nach Vorlage eines Prüfzeugnisses einer autorisierten Prüfanstalt erteilt. Voraussetzung ist der Nachweis, daß die Anlagen in sicherheitstechnischer sowie in energie-ökonomischer Hinsicht dem Stand der technischen Wissenschaften entsprechen und daß durch den Betrieb der Anlage bestimmte Grenzwerte für Schadstoffemissionen nicht überschritten werden. Die Rechtsabteilung 3 veröffentlicht in regelmäßigen Abständen eine Liste der Anlagen, für die entsprechende Genehmigungen erteilt wurden. Für die Überprüfung, ob für eine neu zu errichtende oder zu verändernde Anlage eine Genehmigung vorliegt und ob diese Anlage in Betrieb genommen werden darf, ist die Baubehörde in der jeweiligen Gemeinde verantwortlich. Die Entwicklung von Kleinfeuerungsanlagen für Biomasse-Verbrennung, die jahrzehntelang stagnierte, in den letzten fünf Jahren einen erfreulichen Aufschwung genommen hat, wird durch diese Verordnung weiter vorangehen. Gute Ergebnisse brachte ein 1991 durchgeführter Wettbewerb für Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen bis zu einer Leistung von 15 kw, bei dem eine Prüfung durch die Bundesanstalt für Landtechnik in Wieselburg und eine Bewertung der Heiztechnik, der Emissionen, der Ausführung und des Bedienungskomforts der 14 teilnehmenden Produkte durch eine Jury erfolgte. Der Wettbewerb zeigte, daß auch diese Kategorie von Festbrennstoffeuerungen mit exzellenten Emissionswerten und Wirkungsgraden aufwarten kann. Über die Verordnung gibt es eine eigene Broschüre. 5

6 HOLZVERBRENNUNG 6 Grundsätzliches Für Durchbrandöfen und offene Kamine gibt es nichts besseres als das, was Winnetou auch schon tat. Er errichtete einen Zeltstapel. In der Mitte des Zeltes kommt das sich am leichtesten entzündende Material heutzutage zusammengeknülltes Zeitungspapier. Über diesen Papierkern werden die fein gespaltenen Anfeuerspäne (oder Reisig) gelegt. Wer mit dem fein gespaltenen Holz zu sparsam umgeht oder wer zu grobes Holz verwendet, dessen Feuer brennt nicht, weshalb dann die Übung solange wiederholt werden muß, bis die falsche Sparsamkeit überwunden ist. Über das Spanholz-Zelt wird das Holzscheitzelt aufgebaut. Beim gut gebauten Stapel genügt ein Streichholz, um die Energielawine auszulösen. Erst das Papier, dann die Späne, deren Verbrennungswärme schließlich die Scheiter entzündet. Entzünden von Holz Je größer die Oberfläche eines Holzstückes im Verhältnis zu seinem Volumen ist, um so größer ist seine Zündbereitschaft. Streichhölzer entflammen noch leichter als kleingespaltene Späne. Feinstverteilter Holzstaub kann sich in einer sauerstoffreichen Umgebung sogar explosionsartig entzünden. Holz mit niedriger Dichte und wenig anorganischen Mineralstoffen wie Fichte entzündet sich leichter als dichtes, mineral-stoffhaltiges Holz wie Eichenkernholz. Der Grund liegt vermutlich darin, daß bei letzteren die Wärmeleitfähigkeit höher ist, wodurch der Wärmestau an der mit der Zündflamme in Kontakt kommenden Oberfläche verkleinert und die Entzündungstemperatur nicht erreicht wird. Die mittlere Wärmeleitzahl in Richtung der Holzfaser ist doppelt so hoch wie diejenige quer zur Holzfaser. Verbrennung Holz ist zwar ein fester Brennstoff, aber wenn es verbrennt, dann tut es dies vorwiegend als Holzgas. Weil rund 84 % (Gewicht) der brennbaren Holzsubstanz als Gas verbrennt, gilt das Holz neben Stroh als der gasreichste feste Brennstoff. Diese als Gas verbrennende Substanz erzeugt knapp 70 % des Holzheizwertes. Bei Koks verbrennen weniger als 10 % der brennbaren Substanz gasförmig. Dieser Unterschied ist der Grund, daß ein guter Holzofen andere technische Eigenschaften besitzen muß als ein Kohleofen. Die langen Flammen des offenen Holzfeuers mit seiner wärmeausstrahlenden Farbe wären ohne das Holzgas nicht vorhanden. Deshalb braucht Holz für die Verbrennung einen großen Brennraum. Außerdem muß der Gasflammzone eine zusätzlich (sauerstoffreiche) erhitzte Frischluft Sekundärluft zugeführt werden, damit das vorhandene energiereiche Holzgas möglichst vollständig ausbrennt. Holz ist ein naturgewachsener, nicht genormter Stoff. Die schon von Holzstück zu Holzstück verschiedenen Zusammensetzungen und Brennfaktoren führen zu unübersichtlichen Mischvorgängen. Zusätzlich treten in einem brennenden Holzstück die einzelnen Brandstufen zeitweilig gemeinsam auf, da die Temperaturerhöhung und die Brennvorgänge allmählich von der Außenseite nach innen vordringen. Holz brennt auch im Lagerfeuer

7 1200 C Spitzentemperatur der Holzflamme FEUER 1100 C 1000 C Pyrolyse Bereich exotherm endotherm TROCKNUNG ZERSETZUNG VERBRENNUNG 900 C 800 C 600 C 400 C 250 C 150 C 0 C Stufen des Verbrennungsvorganges Verglühung von Holzkohle Ende Pyrolyse Selbstentzündung Beginn der Verbrennung (Flammpunkt ~ C) Beginn thermischer Aufspaltung und Vergasung EINZELÖFEN FÜR HOLZ Zimmerofen Der Vorteil ist eine dem Bedarf angepaßte Wärmeerzeugung nur der tatsächlich genutzte Raum wird erwärmt. Da er aber in der Regel an der Innenwand steht (Schornsteinnähe), kann es zu unangenehmen Luftzirkulationen mit warmer Luft an der Decke und Kaltluft am Boden kommen, vor allem wenn der Ofen wenig Strahlungswärme abgibt und/oder eine schlechte Außenwanddämmung/Fensterisolierung vorhanden ist. Anheizen: Erzeugen Sie mit Papier und trockenen Weichholzspänen ein lebendiges Feuer. Luftregulierung: Während des Anheizens soll die Zuluftöffnung offen bleiben, bis der Ofen warm geworden ist. Dann kann die Luftklappe so weit geschlossen werden, daß noch eine rauchlose Verbrennung stattfinden kann. Ist keine Flamme mehr zu sehen, darf die Luftklappe vollständig geschlossen werden. Nun bildet sich ein Glutstock. Nachlegen: Legen Sie erst dann nach, wenn der Glutstock nur noch ca. 10 cm hoch ist. Wenn zuwenig Glut vorhanden ist, sollte zuerst mit Kleinholz nachgeheizt werden. Auf jeden Fall die Zuluftklappe wieder öffnen bis keine Flamme mehr zu sehen ist (wie beim Anheizen). Küchenherd Früher wurde auf diesem das Essen gekocht und die Abfallwärme zur Heizung genutzt. Heute ist er meist nur eine Energierückversicherung für ländliche Küchen. Kaminofen Durch das Schließen der Türen steigen der Wirkungsgrad und die Heizleistung. Vor allem mit Türen aus feuerfestem Glas, die aber leicht verschmutzen, sich verziehen, klemmen oder brechen können, fängt er die Faszination des offenen Holzfeuers ein, nutzt den Brennstoff aber besser und stellt so ein Ergebnis der romantischen Vernunft dar. 7

8 8 Offener Kamin Fallweise verwendete offene Kamine in gemauerter Ausführung sind von der FAGV ausgenommen. Ein ständig starker Luftstrom, der durch die ganze Kaminöffnungsfläche einströmt, verursacht, daß in der Stunde das Mehrfache der gesamten Zimmerluft durch den Kamin ins Freie abzieht. Deshalb ist der offene Kamin eigentlich mehr eine leistungsstarke Frischluftanlage als ein Ofen. Wegen des extrem schlechten Wirkungsgrades sollte er wirklich nur gelegentlich betrieben und dafür nur besonderes Brennholz (Birke, Buche, Esche, Eiche) verwendet werden. Kachelofen Auch für diesen gibt es eine Ausnahmeregelung in der FAGV: Speziell für ortsfest gesetzte Öfen und Herde (Kachel- oder Maueröfen) gilt, daß eine Eignungsprüfung für eine Genehmigung nicht erforderlich ist, wenn bereits eine Genehmigung für einen technisch baugleichen Ofen und eine Ofenberechnung vorliegt, wobei kein Teil der Prüfung des Vorbildmodells länger als 3 Jahre zurückliegen darf. Dadurch soll gewährleistet werden, daß auch für Kachel- und Maueröfen ein Standard erreicht wird, wie er dem heutigen Stand der Technik und auch den Notwendigkeiten der Luftreinhaltung entspricht. Da nicht jeder Ofen geprüft werden muß, ist gewährleistet, daß Professionisten weiterhin in der Lage sind, solche Öfen zu vertretbaren Kosten herzustellen. Andererseits wird verhindert, daß Öfen ohne einschlägige Fachkenntnisse gesetzt werden. Der gute Ruf des Kachelofens rührt von seinem hohen Strahlungswärmeanteil her. Die richtige Situierung im Raum ist dabei wichtig. Bei einem speziell für Holz gebauten Ofen gibt es keinen Rost. Der Kachelofen wird ohne Luftdrosselung aufgeheizt, er wird, wenn nur noch Glut vorhanden ist, abgesperrt. Mit welcher Verzögerung die Wärme an den Raum abgegeben wird, hängt von der Bauweise (und dem davon abhängigen Gewicht) ab. Es gibt leichte, mittelschwere und schwere Öfen. Da die heute gut gedämmten Häuser nur mehr eine kleine Heizlast aufweisen, kann ein Kachelofen als einzige Beheizung Verwendung finden, vor allem wenn Varianten mit Luftkanälen oder eingebautem Wasser-Wärmetauscher eingesetzt werden. Wenn der Kachelofen als Zusatzheizung bei Zentralheizungen vorgesehen ist, sollte auf die richtige Kombination geachtet werden. Da der Kachelofen ein träges System darstellt, sollte die Wärmeabgabe der Zentralheizung ein flink-regelbares System (z.b. Heizkörper) sein. Kachelofen und Fußbodenheizung ist ungünstig. Anheizen: Nur trockenes Holz in möglichst gleich großen Stücken verwenden. Das Holz soll von oben angezündet werden. Das geht, probieren Sie es! Luftregulierung: Die Heiztür ist so weit geöffnet zu halten, daß das Holz rauchlos brennt. Schließen Sie die Feuerraumtür erst nach dem Erlöschen der Flammen! Hinweis! Die Asche sollte weiß bis hellgrau sein.

9 KESSEL ZENTRALHEIZUNG Bei einer Zentralheizung sind Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und die Wärmeverteilung eigene (verbundene) Komponenten. Da die Holzheizung nicht wie die Öl- oder Gasheizung leicht bedarfsangepaßt geregelt werden kann (durch Takten des Brenners), ist bei ihr als Feststoffheizung (wie prinzipiell auch bei Kohle oder Koks) eine Abstimmung der Komponenten von größerer Bedeutung. Da die Wärmeabgabe meist das erste Entscheidungskriterium darstellt und die gewählte Form Heizkörper, Radiatoren, Konvektoren, Flachheizkörper oder Flächenheizung, Fußboden-, Wandheizung stark von der Gebäudeart und Bauweise abhängig sein sollte, muß die Wärmeverteilung die Aufgabe der Abstimmung zwischen Wärmeerzeugung und -abgabe übernehmen. Das heißt: Zur richtigen Zeit die richtige Menge, mit der richtigen Temperatur an den richtigen Ort zur Verfügung zu stellen. Da die Abhandlung möglicher Schaltungen, der Problematik hydraulischer Einregulierung den Rahmen dieser Broschüre sprengen würde, wollen wir nur eine Problematik erwähnen. Im Bereich der Holzkessel gibt es keine sogenannten Niedertemperaturkessel, die ohne Korrosionsprobleme ein Niedertemperaturabgabesystem versorgen können. Holzheizungen ohne besondere Einrichtungen werden also mit der herkömmlichen Vorlauf-Rücklauftemperatur 90/ 70 C (bei Normaußentemperatur) ausgeführt. In der Übergangszeit liegen die Heizwassertemperaturen aber niedriger; wie dies in den Griff zu bekommen ist, beziehungsweise der Wunsch einer Niedertemperaturheizung erfüllt werden kann, ist im Kapitel Pufferspeicher nachzulesen. alle geeignet bedeutet aber, für alle ein bißchen, für keinen gut geeignet. Der Typ Durchbrandkessel eignet sich zwar für Holz, aber nur, wenn er eine heiße Brennkammer, keine wasserführenden Teile und vor allem keinen wasserführenden Rost aufweist. Von der inzwischen neuen Technik der Spezialkessel für einen Brennstoff sollen hier zwei Typen für Stückholz angeführt werden: Kessel mit unterem Abbrand Er ermöglicht eine gewisse Dosierung des Brennstoffabbrandes und einen relativ guten Ausbrand der Schwelgase, weil durch die spezielle Luftführung die Flammen und Gase nicht durch den Brennstoff, sondern in eine Brennkammer ziehen; während die Umwandlung des Holzes in Gase Primärverbrennung im Glutbett stattfindet, erfolgt die Verbrennung der energiereichen Gase in der mit Sekundärluft versorgten Brennkammer. Erst danach wird die Wärme von den Rauchgasen an die Wärmetauscherflächen abgegeben. Unterer Abbrand Stückholzkessel Oft werden die früheren Allesbrenner für das Heizen mit Holz verwendet, also Kessel, die für jeden Festbrennstoff geeignet sein sollten. Für 9

10 Sturzbrandkessel 10 Gebläsekessel (auch Vergaserkessel, Sturzbrandkessel) Diese Kessel stellen eine neue Generation von Verbrennungseinrichtungen für Holzheizungen dar und beeindrucken durch ihre größtenteils sehr guten Prüfungsergebnisse. Wie schon an der Bezeichnung ersichtlich, wird bei diesem Kesseltyp die Verbrennung durch ein Gebläse unterstützt. Im oberen Kesselabschnitt befindet sich der Brennstoffraum, in den Stückholz bis 50 cm Länge eingebracht wird. Das Holz liegt auf dem Glutbett, wo die thermische Zersetzung Primärverbrennung stattfindet. Der Abbrand erfolgt durch den von einem Ventilator erzeugten Überdruck im Brennstoffraum nach unten (Sturzbrand), die Holzgase werden durch die Brenneröffnung nach unten gedrückt, wo sie unter Zufuhr von Sekundärluft bei sehr hohen Temperaturen gut ausbrennen. Die gute Verbrennungsqualität ist am Flammbild und dem minimalen Ascheanfall erkennbar. Saugzuggebläsekessel: eine Variante, bei der die Gase durch ein am Rauchrohranschluß sitzendes Saugzuggebläse vom Brennstoffraum durch das Glutbett nach unten in die Brennkammer gezogen werden. Ist der Kessel mit einer Lambda-Sonde ausgestattet, wird die jeweils für die optimale Verbrennung notwendige Sauerstoffmenge festgestellt, die dann von einer elektronischen Regelung dosiert der Sekundärverbrennung zufließt. PUFFERSPEICHER Obwohl die heute erhältlichen Kessel eine schon wesentlich bessere Verbrennungsqualität bringen, verhindert das Schwanken des Wärmebedarfs im Verlauf einer Heizperiode von 15 bis 100 Prozent selbst bei einem guten Kessel das Erreichen eines guten Abbrandes: Kesselprüfungen zeigen immer wieder, daß Kessel, die ideale Werte bei Vollast liefern, noch akzeptable Werte bei 50 % Teillast erreichen, darunter aber kritische, nicht akzeptable Emissionen verursachen. Eine Lösung dieses Problems stellt der Pufferspeicher dar: Der Kessel wird periodisch mit Vollast betrieben, liefert dadurch mehr Wärme, als augenblicklich von den wärmeverbrauchenden Heizkörpern und der Warmwasserbereitung abgerufen wird. Diese Wärme wird einem Wärmespeicher zugeführt. Wenn der Wärmespeicher voll, also auf 90 C aufgeheizt ist, ist die Feuerung außer Betrieb. Die danach benötigte Wärme wird nun dem Wärmespeicher entnommen. Die Pufferspeicher sind in der Regel stehende Tanks, bei denen das Heizwasser von oben in die Tanks gedrückt wird und unten das Kaltwasser zurück zum Tank fließt. Beim Verbrauch der gespeicherten Wärme wird oben das Heißwasser entnommen, während von unten das Kaltwasser einfließt. Durch diese Regelung bleibt die Temperaturschichtung im Speicher erhalten. Der Pufferspeicher soll grundsätzlich nur mit heißem Wasser über 80 C geladen werden, weil bei zu kühlem Ladewasser die Schichtung durcheinandergebracht werden kann. Bei der Planung einer Speicherheizung müssen die Ausdehnungsgefäße größer bemessen und der Stellplatz (eventuell im zu beheizenden Hausteil, damit die Wärmeverluste nicht völlig sinnlos sind) berücksichtigt werden. Die Speicherkapazität soll 100 bis 180 l Wasser je kw Nennheizleistung betragen. Der Speicher

11 PUFFER Förderschnecke sollte mindestens den Wärmebedarf des Hauses an einem durchschnittlichen Wintertag aufnehmen. Noch größere Vorteile in Form von längeren Entladeperioden ermöglicht ein Niedertemperatur- Wärme-Abgabesystem (Flächenheizungen wie Fußboden- oder Wandheizung oder großflächigere Heizkörper). Dadurch ist auch die günstige Verbindung einer Holzspeicherheizung mit einer Wärmepumpe oder einer Solaranlage mit wechselweiser Nutzung des Speichers durch die Wärmeerzeuger möglich. HACKSCHNITZELFEUERUNGEN AUTOMATISCHE HOLZHEIZUNGEN Durch die Transportfähigkeit des Holzes, die sich durch Hackschnitzel ergibt, eröffnete sich mit technischen Einrichtungen wie Schnecken oder Schubstangen die Möglichkeit der automatischen Feststoff- bzw. Holzheizung. Neben den Unterschub- Einschub- Retorten- Stockerfeuerungen oder auch Einblasfeuerungen gibt es noch den Typ Vorofenanlage: Vorofen Die konsequente Trennung von Verbrennung in einem separaten, mit starken Schamottwänden versehenen Vorofen bei sehr hohen Temperaturen und dem Wärmetauscher in Form eines Kessels bringt saubere Verbrennung, geringe Anforderungen hinsichtlich Trockenheit, große Leistungsflexibilität und relativ gute Regelbarkeit. Im Jänner 1990 wurde mit Unterstützung von Bundesministerien, Ländern und dem Landesenergieverein Steiermark vom Institut für Energieforschung (JOANNEUM Research, Graz) und der Bundesanstalt für Landtechnik (Wieselburg) ein Ideenwettbewerb Marktgerechte Holzhackgutfeuerungen kleiner Leistung ausgeschrieben. Im April 1991 wurden 16 Holzhackgutfeuerungen bei der Bundesanstalt zur Teilnahme und Prüfung angeliefert, im August wurden 14 (zwei Produkte wurden zurückgezogen), darunter eine Vorofenanlage, von der Jury bewertet. 11

12 Ideenwettbewerb Preisträger: Fröling ÖKOMATIC 15 Die Retortenfeuerung und der Rohrwärmetauscher sind als eine Einheit konzipiert. Über eine Sauerstoffsonde und die Kesselwassertemperatur wird die Brennstoffzufuhr und Verbrennungsluftmenge geregelt. Die motorgesteuerte Luftabschlußklappe im Rauchgasstrom vermindert Wärmeverluste bei Anlagenstillstand. Eine weitere Besonderheit ist der kontinuierliche Betrieb bei Voll- und Schwachlast. Der Bedienungsaufwand ist durch die elektrische Zündeinrichtung, eine mechanische Reinigungseinrichtung für den Rohrwärmetauscher und die automatische Aschenaustrageeinrichtung auf ein Minimum reduziert. Die speicherprogrammierbare Steuerung vervollkommnet die Siegeranlage des Ideenwettbewerbes, die vor allem auch durch gute Emissionswerte selbst im Teil- und Schwachlastbereich besticht. 2. Preisträger: Hargassner HSV 15 A Diese Anlage ist als Einschubfeuerung mit aufgesetztem Heizkessel Fischer Guntamiatic Type Kobra 18 ausgeführt. Sie ist mit einem Katalysator im Kessel oberhalb des Brennraumes ausgestattet. Besonders bedienungsfreundlich ist der Brennstoffvorratsbehälter mit Rührwerk und niedriger Befüllhöhe, die die Beschickung mit Scheibtruhe ermöglicht. Die automatische Aschenaustrageeinrichtung und die elektrische Zündung vermindern den Bedienungsaufwand. Die Anlage ist mit einem speziellen Sommerprogramm mit Zeitschaltuhr ausgestattet. 3. Preisträger: Biogen WT-15 Katalysator Die Anlage besitzt einen im Feuerraum integrierten ringförmigen Düsenbrenner. Besonderheiten dieser Anlage sind die automatische Entaschungseinrichtung und der Oxidationskatalysator zwischen der Feuerung und den Wärmetauscherflächen im Kessel. Die übrigen Teilnehmer in alphabetischer Reihenfolge: Awina KAPA 50 Frisch Z 10 Hager COMPACT 15 Hofer KHSW Institut für Alternative Energie K 10 Kurri HK 15 Kompakt Michelitsch GM 2000 Ökofen Tischherd T 10 Perhofer BIOMAT V 15 Sonnek BIO-JET 15 Tropenglut Typ AT Vorratsbehälter Rührwerk Steuerung Wärmetauscher Förderschnecke Verbrennungsretorte Siegerkessel Aschenschnecke Brennkammer

13 HACKGUT Beschickungs- und Austragungssysteme: Anlagen kleiner Leistung, wie sie zuvor beschrieben sind, haben meist einen Vorratsbehälter für einen Tag, der händisch gefüllt wird. Bei größeren Anlagen werden neben den Beschickungseinrichtungen auch Austragungssysteme aus Silo oder Bunker interessant und die höheren Investitionskosten vertretbar. Beim Einsatz von Schnekken, Kettenförderern, Fräsen, Rührwerken oder hydraulischen Schubstangen sind vorbeugende Brandschutzmaßnahmen vorzusehen. Zum einen durch bauliche Maßnahmen, zum anderen durch rückbrandhemmende oder rückbrandsichere Einrichtungen. baulich: Heizraum mit brandbeständigen Wänden, Decken F 90 und brandhemmenden Türen T 30, Tür zwischen Heiz- und Vorratsraum T 90, rückbrandhemmend: Löscheinrichtung, Wasserberieselung in der Fördereinrichtung mit Anliegethermostat und Ventil, Fallrohr, Schacht oder Fallrohr mit Klappe; die Wirkung muß auch bei Stromausfall gewährleistet sein; kein Prüfattest, rückbrandsicher: Selbständig, mechanisch schließende Klappen oder Schieber; von einer autorisierten österreichischen Versuchsanstalt geprüft. Warmwasserbereitung Sie soll hier nur kurz angeführt werden, denn für sie gilt das gleiche wie bei mit anderen Brennstoffen betriebenen Zentralheizungen: es ist auch bei der Holzzentralheizung leicht möglich, während der Heizperiode die Erwärmung des Brauchwassers durchzuführen. Die Kesselleistung, die nach dem Bedarf für die Raumheizung dimensioniert ist, kann leicht den geringen Leistungsbedarf der Warmwasserbereitung abdecken. Dabei ist die (bei Neuanlagen obligatorische) Trennung von Wärmespeicher und Kessel wichtig, und ein innenliegender Wärmetauscher (Register) ist günstiger als ein Doppelmantelboiler. Außerhalb der Heizperiode aber ist die Leistung des Kessels für die Warmwasserbereitung viel zu groß, das System Kessel-Kamin muß für die kleine Leistungsabnahme erwärmt werden und bringt große Verluste und einen schlechten Wirkungsgrad. Deshalb ist es wichtig, im Sommer eine andere Bereitungsart Sonnenkollektoren, Strom vorzusehen. Rauchfang Eine Komponente des Heizsystems, die als solche oft vernachlässigt wird. Der Rauchfang ist an das System, den Brennstoff, anzupassen. Aber schon beim Bau eines Hauses muß die Entscheidung über seine Dimensionierung getroffen werden, während der Bauherr oft meint, ein Heizsystem zu wählen hätte noch Zeit. Zwar ist die Problematik durch die warmen, gedämmten und hinterlüfteten Kamine der neueren Zeit geringer geworden, dennoch verlangt eine Holzheizung (die mit Luftüberschuß betrieben wird) eine größere Dimension als Öl oder gar Gas. Beachte: angepaßten Rauchfangquerschnitt wählen! 13

14 Netzwärmeleistung bis zu 15 kw 25 kw 45 kw 65 kw 80 kw 100 kw Hackgutbedarf und Größenempfehlungen WEITERE KOMPONENTEN EINES HEIZSYSTEMS Der Lagerraum wurde in Zusammenhang mit Austragungssystemen und Brandschutzanforderungen bereits erwähnt. Die erste Frage aber ist die nach seiner Größe, Form und Anordnung. Bei kleinen Leistungen bis zirka 12 kw sollte es möglich sein, den gesamten Bedarf einer Heizperiode einzulagern (zirka 40 m 3 ). Bei größeren Heizleistungen ist davon auszugehen, daß durch lokale Hackgutlieferanten (bäuerliche Betriebe, bäuerliche Gemeinschaften, einschlägige Firmen) mehrmalig pro Heizperiode der Lagerraum bei der Heizanlage befüllt wird. Die Vorratshaltung für die Heizperiode erfolgt durch die Brennstofflieferanten. Unter diesen Voraussetzungen sollte man ab 20 kw von einem nutzbaren Brennstofflagerraum von zirka 50 m 3 ausgehen. Hackgutbedarf und Größenempfehlungen Bedarf pro Heizsaison Schüttraummeter (SRM) 40 SRM 65 SRM 120 SRM 170 SRM 210 SRM 260 SRM Brennstofflagerraumgröße ca. 4 m x 4 m x 2,5 m 5 m x 5 m x 2,5 m 5 m x 5 m x 2,5 m 5 m x 5 m x 2,5 m 5 m x 5 m x 2,5 m 5 m x 5 m x 2,5 m Heizraumgröße ca. 3 m x 4 m x 2,5 m 3 m x 4 m x 2,5 m 4 m x 4 m x 2,5 m 4 m x 4 m x 2,5 m 5 m x 4 m x 2,5 m 5 m x 4 m x 2,5 m Zufahrtswege zum Hackgut-Lagerraum Anforderungen: Die Anlieferung von Energiehackgut erfolgt überwiegend mittels landwirtschaftlichem Traktor und Anhänger (Kipper). In einigen wenigen Gebieten stehen Spezialtransporter (Pumptankwagen) zur Verfügung. Bei mehrmaligem Nachfüllen in den Wintermonaten ist die Beschaffenheit der Zufahrtswege auch bei ungünstigen Witterungsverhältnissen zu beachten (Schneeräumung beziehungsweise Fahrbahnfestigkeit und -sicherheit auch bei Niederschlagsperioden). Das Gewicht der Traktoren kann 2,5 bis 6 t betragen; das Gewicht des mit Hackgut beladenen Anhängers 4 bis 8 Tonnen. Dementsprechend treten normalerweise Achsdrücke von zirka 5 t (bis maximal 8 t) auf. Die Breite, Höhe und Länge der Fahrzeuge und die erforderlichen Wenderadien sowie Durchgangshöhen sind in den nachfolgenden Skizzen schematisch dargestellt: ca. 220 ca ca. 210 ca Bei der baulichen Planung ist zu berücksichtigen, daß die örtlich zur Verwendung kommenden Hackgutlieferfahrzeuge an- und abfahren sowie in den Hackgutbunker abkippen können. Zu berücksichtigen ist hierbei, daß in jenen Fällen, in denen keine Zu- und Abfahrt in einer Richtung möglich ist, entsprechende Umkehrschleifen oder Reversierräume für die Zustellfahrzeuge einzuplanen sind.

15 FEHLER Fehler beim Heizen mit Holz Fehler bei der Brennstoffwahl: Beim Unterzünden und beim Heizen wird relativ feuchtes Holz verwendet (mehr als 20 %). Schaden: Es kommt zu starker Rauchentwicklung (dunkler, qualmender Rauch) noch lange nach dem Anheizen. Das Verdampfen des im Holz enthaltenen Wassers benötigt viel Energie, die optimale Verbrennungstemperatur wird nicht erreicht, die Rauchgase belasten unvollständig verbrannt, die Umwelt. Holz muß mindestens zwei Jahre trocken gelagert werden. Nach dem Einbringen vom Wald muß es geschnitten und eventuell auch gespalten werden. Durch das Spalten des Holzes bleibt unter anderem der Heizwert des Holzes länger erhalten. Es muß luftig gelagert werden, vor allem nicht auf nassem Boden! Feuchtigkeit von unten ist genauso schlecht wie von oben. Behelfen Sie sich mit einer alten Plane oder Palette gegen Feuchtigkeit von unten. Das Vermodern des Holzes wird dadurch verhindert. Das Verbrennen von Müll, Zeitungspapier und Illustrierten oder gar von Preßspanplatten ist prinzipiell schlecht und verboten. Salzsäure und Schwermetalle, Phenole, Formaldehyd, Dioxine und vieles mehr gelangen über den Rauchfang in die Umwelt. Bedienungsfehler: Beim Anheizen wird zuviel Brennstoff in den Ofen gepfercht, noch dazu feuchte Scheite oder Hackschnitzel. Feuer kommt nur schlecht zustande; extrem viel Rauch beim Anheizen. Wartungsfehler: Ein häufiger, aber leicht zu behebender Fehler ist, daß der Ofen oder Kessel (und vor allem die Rauchzüge bzw. Wärmetauscherflächen) verschmutzt sind. Es kommt zu Energieverlust durch Behinderung des Wärmeüberganges vom Rauchgas ans Kesselwasser. Regelmäßig mindestens monatlich den Kessel von Flugasche oder teerigen Ablagerungen reinigen! Alte Kessel werden mit zu geringer Rauchgastemperatur (unter 150 Grad) und Kesseltemperatur (unter 60 Grad) betrieben. Säuren und Wasser führen zu Kesselschäden und Kaminversottung. Die Kesselwassertemperatur sollte über dem Taupunkt von 60 C und die Rauchgastemperatur über 150 C liegen. Richtige Dimensionierung des Rauchfangs. Häufig ist auch die Sekundärluftzufuhr nicht richtig eingestellt. Dies führt zu ungenügender Nachverbrennung, d.h. Rauchgasnutzung: Lassen Sie die Sekundärluftzufuhr von Ihrem Rauchfangkehrer oder einem Heizungsfachmann einstellen. Fehler in der Übergangszeit: Die Brennstoffmenge wird nicht dem zu erwarteten Verbrauch angepaßt, es wird zuviel nachgelegt. Erreicht der Ofen die Betriebstemperatur, schließ die Drosselklappe, und es kommt zur Verschwellung des Brennstoffes. Ständig dunkler Rauch strömt aus dem Rauchfang. Es geht Energie verloren (bis zu 70 Prozent), Ofen und Rauchfang versotten, die Luft wird mit unverbrannten Rauchgasen, Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen schwer belastet. Bei geringen Außentemperaturen soll man öfter, aber dafür kleinere Mengen Holz nachlegen. Es kann auch günstig sein, das Feuer ausgehen zu lassen und ein zweites Mal einzuheizen. 15

16 PHOTO & ABBILDUNGSNACHWEIS: aus eigenem Bildbestand und aus Literatur Punkt 4, 5 und Prospekten der Firmen HOVAL (GDL 10/93) und thermostrom QUELLEN: 1 Jilek W., Rally H. et al.: Handbuch: Fernwärme Nahwärme aus Biomasse ; Landesenergieverein (Eigenverlag); Graz Landeskammer für Land- und Forstwirtschaft Steiermark: Heizen mit Holz, 3. Auflage; Graz Handbuch der Holzheizung: Grundlagen Systemübersicht Planung für Holzheizungsanlagen, Schriftenreihe des Bundesamtes für Energiewirtschaft; Studie Nr. 38, INTEP; Zürich/Bern Ideenwettbewerb: Marktgerechte Holzhackgutfeuerungen kleiner Leistung, JOANNEUM Research; Graz Energiespar-Berater Nr. 9: Kachelöfen, offene Kamine, Kaminofen; Fachschriften-Verlag GmbH & Co. KG; Fellbach 6 Landesgesetzblatt Nr. 33/1992 in der geltenden Fassung. Impressum: Eigentümer, Herausgeber, Verleger: Landesenergieverein Steiermark, A-8010 Graz, Burggasse 9/II Konzept, Inhalt & Layout: DI H. Rally Grafik: J. Srienc Für den Inhalt verantwortlich: G. Ulz, Geschäftsführer des Landesenergievereins Druck: Druckerei KHIL GesmbH, Neutorgasse 26, 8010 Graz; gedruckt auf EPOS 100g Schutzgebühr: 5.-- ös INFO BROSCHÜRE 3 16 Dez WEITERE INFORMATIONEN erhalten Sie von: Energieberatungsstelle Tel.: 0316/ Landesenergieverein Tel.: 0316/ Landesenergiebeauftragter Tel.: 0316/ alle: Burggasse 9, 8010 Graz BISHER ERSCHIENENE BROSCHÜREN: 1 WINTERGARTEN 2 BRENNWERTTECHNIK WEITERE BROSCHÜREN in VORBEREITUNG: 4 AKKUS ODER BATTERIEN