Nutzer- und Brennstoffeinflüsse bei handbeschickten Holzfeuerungen

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

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

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

Versuchsaufbau P 13 E Rs 2 Folie 4

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 358-1 eingesetzt Filtermedien bei 12 C vor- und nachbehandelt 7. Auflage 1 Auflage 2 Auflage 3 6. ppm 5. CO-Emissionen 4. 3. 2. 1. P 13 E Rs 2 Folie 5 5 1 15 2 25 3 35 4 Min 45 5 Abbranddauer

Bruhn P 13 E Rs 2 Folie 6

(1): Wassergehalt von Buchenholz 8. (13 7. % O 2 ) Gasförmige Emissionen 6. 5. 4. 3. 2. 1. CO Org. C 1.5 1.2 Staubemissionen 9 6 3 Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas 5 1 15 2 25 3 35 4 % 45 5 Wassergehalt Buchenholz optimale Verbrennungsbedingungen liegen bei ca. 1 % 5 1 15 2 25 3 35 4 % 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

(2): Wassergehalt von Fichtenholz 16. 14. 12. CO Org.-C regennass 2.5 2. Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas Gasförmige Emissionen 1. 8. 6. 4. 2. Gesamtstaub 1.5 1. 5 regennass 5 1 15 2 25 3 35 4 % 45 5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 % 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

Einfluss der Scheitgröße (1): gasförmige Emissionen CO-Emissionen 8. (13 7. % O 2 ) 6. 5. 4. 3. 2. 1. 5.26 3.864 4.837 3.177 3.68 1.914 1.781 1.656 1.21 1.5 1.2 Org.-C-Emissionen 9 6 3 925 222 445 483 95 91 132 86 71 5x5 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

Einfluss der Scheitgröße (2): Staubemissionen 3 (13 % 25 O 2 ) Gesamtstaub 2 15 1 5 123 211 15 34 85 Unverdünntes Abgas 65 74 22 21 3 25 Gesamtstaub 2 15 1 5 225 249 139 65 Verdünntes Abgas 178 88 85 24 25 5x5 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

(13 8. % O 2 ) CO-Emissionen 1. 6. 4. 2. Einfluss der Nachlegemasse (1): gasförmige Emissionen 7.691 3.458 5.916 7x7x1 geringe Beladung 3.177 1.914 1.656 7x7x3 Nennbeladung Nachlegemasse 3.637 5.159 7x7x5 Überladung 5.455 4. 3. Org.-C-Emissionen 2. 1. 3.358 47 1.77 7x7x1 geringe Beladung 483 95 86 7x7x3 Nennbeladung Nachlegemasse 581 464 7x7x5 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

Einfluss der Nachlegemasse (2): Staubemissionen Gesamtstaub 1. 8 6 4 2 247 47 124 7x7x1 geringe Beladung 85 34 45 22 7x7x3 Nennbeladung Nachlegemasse Unverdünntes Abgas 161 7x7x5 Überladung 112 Gesamtstaub 1. 8 6 4 2 929 127 115 7x7x1 geringe Beladung 65 88 123 24 7x7x3 Nennbeladung Nachlegemasse Verdünntes Abgas 185 83 7x7x5 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

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

Eingesetzte Brennstoffarten (1): CO-Emissionen 1. (138. % O 2 ) CO-Emissionen 6. 4. 2. 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

Eingesetzte Brennstoffarten (2): Org.-C-Emissionen 3.5 3. Org.-C-Emissionen 2.5 2. 1.5 1. 5 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

Eingesetzte Brennstoffarten (3): Staub (unverdünntes Abgas) 1. (13 % 8 O 2 ) Staubemission unverdünntes Abgas 6 4 2 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

Eingesetzte Brennstoffarten (4): Staub (verdünntes Abgas) 1. (13 % 8 O 2 ) Staubemission verdünntes Abgas 6 4 2 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

Eingesetzte Brennstoffarten (4): Wirkungsgrad 1 Feuerungstechn. Wirkungsgrad 8 % 6 4 2 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

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

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

Ergebnisse Scheitholzkessel (1): Brennstoffart (D1-D12) 6. 5. Gasförmige Emissionen 4. 3. 2. 1. CO Org.-C Lambda 43 2 18 1 15 5 Buche ohne Buche mit Fichte ohne Brennstoffart 2.38 81 n=6 Fichte mit 17 2 Holzbrikett rund mit Loch 3, 2,5 2, 1,5 1,,5, Lambda 5 4 Staubemission 3 2 1 Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas 31 31 23 21 Buche ohne Buche mit 14 2 Fichte ohne Brennstoffart 22 n=6 Fichte mit 32 7 14 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

Ergebnisse Scheitholzkessel (2): Wassergehalt Buche (D1-D12) 3 (13 % 25 O 2 ) CO Org.-C 5 4 Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas Gasförmige Emissionen 2 15 1 5 Staubemissionen 3 2 1 5 1 15 2 25 % 3 Wassergehalt Buchenscheitholz 5 1 15 2 25 % 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

Ergebnisse Scheitholzkessel (3): Wassergehalt Fichte (D1-D12) 4. (133. % O 2 ) CO Org.-C 5 4 Unverdünntes Abgas Verdünntes Abgas Gasförmige Emissionen 2. 1. Staubemissionen 3 2 1 5 1 15 2 25 % 3 Wassergehalt Fichtenscheitholz 5 1 15 2 25 % 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

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

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: www.waermeausholz.de P 13 E Rs 2 Folie 25