Nutzer- und Brennstoffeinflüsse bei handbeschickten Holzfeuerungen

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1 TFZ aktuell richtig heizen Landwirtschaftliche Lehranstalten Bayreuth 8. Januar 213 Nutzer- und Brennstoffeinflüsse bei handbeschickten Holzfeuerungen Klaus Reisinger, Dipl. Ing. (FH) P 13 E Rs 2 Folie 1

2 Gliederung 1 Eingesetzte Feuerungen 2 Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung 3 Einfluss des Wassergehaltes bei einem Kaminofen 4 Einfluss der Scheitgröße bei 3 Einzelraumfeuerungen 5 Einfluss der Nachlegemasse bei 3 Einzelraumfeuerungen 6 Einfluss der Brennstoffart bei 3 Einzelraumfeuerungen 7 Ergebnisse ausgewählter Messungen am Scheitholzkessel P 13 E Rs 2 Folie 2

3 Eingesetzte Feuerungen Buderus blueline Nr. 12 Fireplace Santa Fe Brunner KKE 33 Scheitholzkessel HDG Navora 8 kw, mit Rost 37 l Brennraum 25 cm Scheite max. 2,6 kg nicht für Kohle 6 kw, mit Rost 25 l Brennraum 25 cm Scheite max. 1,6 kg auch für Kohle 7 kw, ohne Rost 35 l Brennraum 33 cm Scheite nicht für Kohle 25 kw 15 l Füllraum 5 cm Scheite nicht für Kohle P 13 E Rs 2 Folie 3

4 Versuchsaufbau P 13 E Rs 2 Folie 4

5 Versuchsdurchführung Einzelraumfeuerung wurde stets mit 1-2 Auflagen aufgeheizt jeweils 3 aufeinanderfolgende Abbrände gemessen, ohne Zwischenauflagen Messung nach Brennstoffauflage und Schließen der Tür gestartet und Messung bei 4 % Restmasse des aufgelegten Brennstoffes beendet (Waage) Definition eines Abbrandes hat wesentlichen Einfluss auf Ergebnisse! i. d. R. Brennstoff als Normscheite nach NS eingesetzt Filtermedien bei 12 C vor- und nachbehandelt 7. Auflage 1 Auflage 2 Auflage 3 6. ppm 5. CO-Emissionen P 13 E Rs 2 Folie Min 45 5 Abbranddauer

6 Bruhn P 13 E Rs 2 Folie 6

7 (1): Wassergehalt von Buchenholz 8. (13 7. % O 2 ) Gasförmige Emissionen CO Org. C Staubemissionen Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas % 45 5 Wassergehalt Buchenholz optimale Verbrennungsbedingungen liegen bei ca. 1 % % 45 5 Wassergehalt für Buchenholz zwischen 8 17 % geringe CO- und org.-c-emissionen, Staub unter 8 % und über 19 % Wassergehalt vermeiden Wirkungsgrad sinkt mit steigendem Wassergehalt Wassergehalt Buchenholz P 13 E Rs 2 Folie 7

8 (2): Wassergehalt von Fichtenholz CO Org.-C regennass Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas Gasförmige Emissionen Gesamtstaub regennass % % 5 Wassergehalt Fichtenholz Wassergehalt Fichtenholz Wassergehalt unter 2 % vorteilhaft, jedoch kein Optimum über 2 % deutlicher Emissionsanstieg Fichte verursacht bei vergleichbarem Wassergehalt höhere Emissionen als Buchenholz bei diesem Kaminofen oberflächlich nasses Holz führt zum deutlichen Emissionsanstieg P 13 E Rs 2 Folie 8

9 Einfluss der Scheitgröße (1): gasförmige Emissionen CO-Emissionen 8. (13 7. % O 2 ) Org.-C-Emissionen x5 cm 7x7 cm Scheitgröße 9x9 cm 5x5 cm 7x7 cm Scheitgröße 9x9 cm kleine Kanthölzer verursachen höchste Emissionen optimale Scheitgröße zwischen 7-9 cm (preisgünstig) emittiert weniger gasförmige Schadstoffe als, deutlich weniger org.-c (aufgrund von Tertiärluft) emittiert nochmals geringere gasförmige Schadstoffe bei Scheiten mit 7-9 cm Kantenlänge P 13 E Rs 2 Folie 9

10 Einfluss der Scheitgröße (2): Staubemissionen 3 (13 % 25 O 2 ) Gesamtstaub Unverdünntes Abgas Gesamtstaub Verdünntes Abgas x5 cm 7x7 cm Scheitgröße 9x9 cm 5x5 cm 7x7 cm Scheitgröße 9x9 cm kleine Kanthölzer verursachen höchste Staubemissionen optimale Scheitgröße zwischen 7-9 cm emittiert höhere Staubkonzentrationen als, jedoch geringere Staubmehrung bei Verdünnung wegen geringerem org.-c-gehalt geringste Staubemissionen beim (Nachheizkasten als Abscheider?) P 13 E Rs 2 Folie 1

11 (13 8. % O 2 ) CO-Emissionen Einfluss der Nachlegemasse (1): gasförmige Emissionen x7x1 geringe Beladung x7x3 Nennbeladung Nachlegemasse x7x5 Überladung Org.-C-Emissionen x7x1 geringe Beladung x7x3 Nennbeladung Nachlegemasse x7x5 Überladung Nachlegen einzelner Scheite führt zu höchsten gasförmigen Emissionen Überladung des Brennraums sollte ebenfalls vermieden werden, vor allem bei kleinen Brennräumen bzw. bei zusätzlicher Luftzufuhr von hinten Optimum bei Nennlast Herstellerangaben sind zu beachten! i. d. R. geringere CO- und org.-c-emissionen beim als beim, vor allem org.-c 856 P 13 E Rs 2 Folie 11

12 Einfluss der Nachlegemasse (2): Staubemissionen Gesamtstaub x7x1 geringe Beladung x7x3 Nennbeladung Nachlegemasse Unverdünntes Abgas 161 7x7x5 Überladung 112 Gesamtstaub x7x1 geringe Beladung x7x3 Nennbeladung Nachlegemasse Verdünntes Abgas x7x5 Überladung bei Nennwärmeleistung geringste Staubemissionen bei allen Feuerstätten hohe Staubmehrung beim wegen hohen org.-c-anteilen Überladung führt beim (kleiner Brennraum) und zu steigenden Staubemissionen P 13 E Rs 2 Folie 12

13 Eingesetzte Brennstoffarten Buche 7x7 cm Fichte 7x7 cm Rund mit Loch Rund ohne Loch Quader Achtkant mit Loch Quader Sechskant Braunkohle P 13 E Rs 2 Folie 13

14 Eingesetzte Brennstoffarten (1): CO-Emissionen 1. (138. % O 2 ) CO-Emissionen Buche 7x7cm Fichte 7x7cm Rund mit Loch Rund ohne Loch Verbrennung von Holzbriketts verursacht keine erhöhten CO-Emissionen im Vergleich zum Scheitholz reine nbriketts und Braunkohle führen zu höchsten CO-Emissionen (geringste Werte für, da dieser für Kohleverbrennung zugelassen ist) Quader Brennstoffart Achtkant mit Loch Quader Sechskant Braunkohle P 13 E Rs 2 Folie 14

15 Eingesetzte Brennstoffarten (2): Org.-C-Emissionen Org.-C-Emissionen Buche 7x7cm Fichte 7x7cm Rund mit Loch Rund ohne Loch Quader Brennstoffart Achtkant mit Loch Quader Sechskant Braunkohle Verbrennung von Holzbriketts verursacht z. T. geringere org.-c-emissionen als beim Einsatz von Buchen- bzw. Fichtenholz reine nbriketts und Braunkohle emittieren höchste org.-c-anteile (erneut am geringsten für ) P 13 E Rs 2 Folie 15

16 Eingesetzte Brennstoffarten (3): Staub (unverdünntes Abgas) 1. (13 % 8 O 2 ) Staubemission unverdünntes Abgas Buche 7x7cm Fichte 7x7cm Rund mit Loch Rund ohne Loch Quader Achtkant mit Loch Brennstoffart Quader Sechskant n=2 Braunkohle Verbrennung von Holzbriketts verursacht höhere Staubemissionen im unverdünnten Abgas keine klaren Tendenzen für reine nbriketts, geringste Staubgehalte im unverdünnten Abgas für für alle Brennstoffarten P 13 E Rs 2 Folie 16

17 Eingesetzte Brennstoffarten (4): Staub (verdünntes Abgas) 1. (13 % 8 O 2 ) Staubemission verdünntes Abgas Buche 7x7cm Fichte 7x7cm Rund mit Loch Rund ohne Loch Achtkant Quader mit Loch Brennstoffart Quader Sechskant Braunkohle Verbrennung von Holzbriketts verursacht höhere Staubemissionen (verdünnt) deutliche Staubmehrung beim aufgrund hoher org.-c-anteile keine klaren Tendenzen für reine nbriketts, deutlicher Anstieg bei während geringe Staubemissionen bei P 13 E Rs 2 Folie 17

18 Eingesetzte Brennstoffarten (4): Wirkungsgrad 1 Feuerungstechn. Wirkungsgrad 8 % Buche 7x7cm Fichte 7x7cm Rund mit Loch Rund ohne Loch Quader Achtkant mit Loch Brennstoffart Quader Sechskant Braunkohle beide Kaminöfen mit vergleichbarem Wirkungsgrad hat höchsten Wirkungsgrad mit über 9% bei Holzbrennstoffen Buche/Fichte ca. 72%, Holzbriketts ca. 75%, nbriketts ca. 62% P 13 E Rs 2 Folie 18

19 Empfehlungen für Einzelraumfeuerungen Wassergehalt zw. 8-17% optimal, zu nasses und zu trockenes Holz erhöht deutlich Emissionsniveau kleine Scheite nur zum Anheizen verwenden optimale Scheitgröße zwischen 7-9 cm Kantenlänge Nachlegen einzelner Scheite vermeiden, ebenso Überladungen Nachlegemasse gemäß Herstellerempfehlung wählen! lange Holzbriketts sollten vor Verwendung gebrochen werden, da diese ihr Volumen deutlich vergrößern Verbrennung von Holzbriketts führt zu leicht erhöhten Staubemissionen, am besten runde Briketts mit Loch geeignet reine nbriketts sollten aufgrund deutlich erhöhter gasförmiger Schadstoffe vermieden werden (kein zulässiger Brennstoff gemäß 1. BImSchV!) allgemeingültige Empfehlungen für den optimalen Betrieb eines Kamin-/Kachelofens zu geben ist schwierig wegen Abhängigkeit von der Brennraumgestaltung und Luftführung P 13 E Rs 2 Folie 19

20 Feuerungsversuche mit dem Scheitholzkessel Füllraum zu ⅓ ½ zum Anheizen befüllt Füllraum vollständig mit Brennstoff befüllt und einstündige Messungen durchgeführt, ggf. nach 2. Messung erneut Brennstoff nachgelegt 1. Messbeginn nach Erreichen eines stationärer Bedingungen (CO-Werte) P 13 E Rs 2 Folie 2

21 Ergebnisse Scheitholzkessel (1): Brennstoffart (D1-D12) Gasförmige Emissionen CO Org.-C Lambda Buche ohne Buche mit Fichte ohne Brennstoffart n=6 Fichte mit 17 2 Holzbrikett rund mit Loch 3, 2,5 2, 1,5 1,,5, Lambda 5 4 Staubemission Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas Buche ohne Buche mit 14 2 Fichte ohne Brennstoffart 22 n=6 Fichte mit Holzbrikett rund mit Loch Fichte ohne führt zu geringeren Emissionen als Buche ohne Fichte mit neigt vermehrt zum Hohlbrand, raue Oberfläche hohe CO-Emissionen, wirkt sich jedoch nicht auf Staubemissionen aus rundes Holzbrikett mit Loch am besten geeignet, rutscht gut nach im Füllschacht, neigt nicht zum Hohlbrand P 13 E Rs 2 Folie 21

22 Ergebnisse Scheitholzkessel (2): Wassergehalt Buche (D1-D12) 3 (13 % 25 O 2 ) CO Org.-C 5 4 Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas Gasförmige Emissionen Staubemissionen % 3 Wassergehalt Buchenscheitholz % 3 Wassergehalt Buchenscheitholz kein Einfluss auf org.-c-emissionen bei Buche mit hohem Wassergehalt Anstieg der CO-Werte mit steigendem Wassergehalt Staubemissionen steigen tendenziell mit höherem Wassergehalt an; kein Optimum erkennbar Wassergehalt bei einem Scheitholzkessel weniger kritisch als beim Kaminöfen Prinzip des unteren Abbrandes beim Kessel vorteilhaft P 13 E Rs 2 Folie 22

23 Ergebnisse Scheitholzkessel (3): Wassergehalt Fichte (D1-D12) 4. (133. % O 2 ) CO Org.-C 5 4 Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas Gasförmige Emissionen Staubemissionen % 3 Wassergehalt Fichtenscheitholz % 3 Wassergehalt Fichtenscheitholz Einfluss des Wassergehaltes bei Fichte deutlicher als bei Buche (jeweils ohne ) Staubemissionen steigen mit höherem Wassergehalt kontinuierlich an Kesselwirkungsgrad sinkt von 92,8 auf 87,9 % P 13 E Rs 2 Folie 23

24 Ergebnisse Scheitholzkessel (4): Zusammenfassung Einsatz von runden Holzbriketts mit Loch führte zu den geringsten Emissionen und zum höchsten Wirkungsgrad Fichte ohne besser geeignet als Buche ohne Fichte mit neigt zum Hohlbrand (raue Oberfläche) Scheitholz sollte bevorzugt eingesetzt werden im Vergleich zu Rundlingen und Kanthölzern (nicht gezeigt) Scheitgröße hat geringen Einfluss, Optimum bei D1-D12 (nicht gezeigt) steigender Wassergehalt bei Fichte führt zum Anstieg der Emissionen, bei Buchenholz nicht so ausgeprägt je trockener der Brennstoff, desto besser P 13 E Rs 2 Folie 24

25 V ielen D ank für Ihre A ufm erksam keit! Geldgeber: - Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Kooperationspartner: - Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ) - TU Hamburg-Harburg - Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.v. - Universität Konstanz Projektseite: P 13 E Rs 2 Folie 25