Information für Holzheizer:
Wie werden Ofenabgase zu Umwelt- und Geruchsbelästigung und was kann jeder Feuerstellenbetreiber sofort dagegen tun?
Welche Anforderungen muß ein Holzofen erfüllen, um umweltschonend, effektiv, praxisgerecht, benutzerfreundlich und wohngesund zu funktionieren?
Die Holzverbrennung ist letztlich eine Gasverbrennung und erfolgt durch Freisetzen der in den Zellulosestrukturen des Holzes eingeschlossenen brennbaren Gase. Bei niedrigeren Verbrennungstemperaturen
a) durch zu hohen Restfeuchtegehalt im Brennholz
b) durch falsches Anheizen
c) durch zu große Holzscheite
d) durch Teillastbetrieb in Dauerbrandöfen, Reduktion der Verbrennungsluft
wird das Holzgas nur unvollkommen freigesetzt bzw. entzündet und verbrennt so mit einem niedrigen Wirkungsgrad unter Entstehung von vermeidbaren Schadstoffen. Das bedeutet in der Praxis hoher Holzverbrauch, höherer Feinstaubanfall und Bildung von Kohlenmonoxid und anderen schädlichen Gasen ( PAK ) einhergehend mit Geruchsbelästigung, erkennbar auch optisch an einer dunklen Rauchfahne.
Nachfolgend ein paar Tipps was jeder dazu tun kann, um Schadstoffe zu minimieren und Brennholz zu sparen:
zu a) Es wird häufig zu feuchtes Brennholz verwendet.
Für eine umweltschonende Verbrennung ist es besonders wichtig nur gut durchgetrocknetes Holz zu nutzen. Generell gilt: Je trockener, je besser. Der gesetzlich zulässige obere Grenzwert von 25 % Wassergehalt bzw. 20% Holzfeuchte im Brennholz ist definitiv zu hoch (da diese Begriffe öfter durcheinandergebracht werden, ist am Ende des Abschnitts ein klärender Link angefügt).
Für eine gute Verbrennung mit einer entspr. hohen Verbrennungstemperatur sollte der Wassergehalt von 17% (das entspricht einem Feuchtegrad von 15 %) nicht überschritten werden.
Optimal ist ein Restfeuchtgehalt im Brennholz von 10 – 13 %.
Es entsteht mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt deutlich sichtbar eine dunklere Rauchfahne, verursacht großteils durch stark verrußten Wasserdampf und belastende Abgase mit einem hohen enthaltenen Anteil noch brennbarer, jedoch unverbrannter Holzgase. Man muß sich einmal verdeutlichen, daß bei z.B. 20 %igem Wassergehalt in einem Kilogramm Brennholz erst einmal 200 ccm Wasser (ein kleines Trinkglas gefüllt) energieaufwändig zum Verdampfen gebracht werden müssen. Das bedeutet für einen 3,5 Kg-Abbrand in einem kleineren Ofen schon einen Energiebedarf für die Verdampfung von fast einem 3⁄4 Liter Wasser, was oft durch leises Zischen hörbar wird. Diese Energie geht dem Verbrennungsprozeß (deutliche Minderung der Verbrennungstemperatur) und weiterhin bei der Umsetzung in Heizenergie für den Raum verloren.
Das beste was der Holzheizer für die Umwelt, den Geldbeutel und den Ofen tun kann, ist für möglichst trockenes Brennholz zu sorgen. Um einen Wassergehalt unter 17 %/Feuchtegrad 15% sicherzustellen, muß Laubholz, wie beispielsweise Buche, Esche etc., mindestens 2 Jahre, Nadelholz wie Fichte, Kiefer etc., mindestens 1 Jahr durch sachgerechte, d.h. luftdurchspülte, regengeschützte und idealerweise sonnenbeschienene Lagerung getrocknet werden. Dies kann der Feuerstellenbenutzer selber leisten oder sich von einem zuverlässigen Brennholzhändler beliefern lassen, der entweder entsprechende Lagerwirtschaft betreibt oder eine techn. Trocknungsanlage hat.
Vor dem Einkauf empfiehlt sich die Überprüfung des Feuchtegehalts mit dem eigenen Holzfeuchte-Meßgerät. Da manche Brennholzhändler und vor allem Baumärkte solch wirklich trockenes heizfertiges Holz nicht immer liefern können, muß der Ofenbesitzer entweder selbst entsprechend vorlagern oder auf Holzbriketts zurückgreifen. Diese haben in der Regel einen optimalen Feuchtegehalt von ca. 10 %. Da Pressbriketts durch ihre veränderte Materialstruktur/Pressung schneller Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufnehmen und auch langsamer wieder abgeben, müssen sie noch sorgfältiger als Scheitholz trocken gelagert werden. In jedem Fall ist es für den letzten Trocknungsprozeß sehr effektiv, sowohl Holzscheite als auch Holzbriketts noch mindestens 2 Tage vor dem Verheizen im nahen Strahlungsbereich der Feuerstelle abzustellen.
Erklärung Wassergehalt und Holzfeuchte
https://www.waldwissen.net/waldwirtschaft/holz/energie/lwf_holzfeuchte_wassergehalt/index_DE
zu b) Es wird häufig falsch angeheizt.
Das Feuer sollte grundsätzlich von oben angezündet werden. Dazu legt man zunächst die vorgesehene Menge an Holzscheiten mit Luftabstand neben- und ebenso kreuzweise übereinander.
Darauf wird ein kleiner Stapel Anheizholz ebenso mit Luftabständen kreuzweise in mehreren Lagen aufgeschichtet und zuoberst mit einem Anzünder entflammt. Der Effekt besteht darin, daß nun die aufgegebene Brennstoffmenge viel gleichmäßiger, gründlicher und nach kurzer Zeit schon rauchfrei von oben nach unten abbrennt, ohne vermeidbare Schadstoffe zu produzieren.
Warum? Das oben entzündete „Anheizfeuer“ entwickelt sich durch das Kleinholz sehr schnell zu einer lebhaften Flammenbildung. Brennbare Gase, die ab einer Temperatur von ca. 100°C dann auch von den unteren Holzlagen austreten, werden beim zwangsläufigen Durchströmen der oberen Flammen entzündet und effektiv verbrannt. Anders beim herkömmlichen Anzünden von unten: Hier geht ein deutlich höherer Anteil an brennbaren, jedoch effektiv unverbrannten Rauchgasen (Rauch ist zu einem großen Teil unverbranntes Holzgas) während der dadurch verlängerten Anheizphase ungenutzt zum Kamin hinaus, erhöht den Holzverbrauch und belastet die Umwelt.
zu c) Holzscheite sind oft zu groß
Es ist wichtig auf die richtige Größe der Holzscheite zu achten. Generell sollten Brennholzscheite möglichst keinen größeren Durchmesser als 7 cm haben und Rundholzscheite ab einem Durchmesser von 10 cm in der Mitte gespalten werden. Zu große Scheite brauchen längere Zeit um ofenfertigauszutrocknen, brennen langsamer an und verbrennen durch vermehrte Holzkohlebildung während des Feuerungsprozesses schlechter. Sie „kokeln“ deutlich mehr, bilden dabei in erhöhtem Maße Schadstoffe und die enthaltene Energie wird nicht effektiv freigesetzt.
Auch muß die Länge der Holzscheite mit den Vorgaben des Ofenherstellers übereinstimmen. Eine kleinere Feuerung, die für liegend gestapelte 20 cm lange Scheite konzipiert ist, sollte dann auch nicht mit stehendem 33 cm langen Brennholz bestückt werden. Tests haben gezeigt, daß die richtige Scheitgröße/-länge im Verhältnis zur Feuerraumgröße und die Art zu stapeln die Abgasentwicklung günstig beeinflussen. Allgemein läßt sich sagen: Lieber zu kleine Holzscheite als zu große.
zu d) Teillastbetrieb in Dauerbrandöfen, Reduktion der Verbrennungsluft
Holzverbrennung im Ofen läßt sich nicht einfach nach Belieben über das Herunterregeln des Verbrennungsluftschiebers steuern. Die Reduktion der Luftzufuhr während des laufenden Abbrandes verursacht sofort erhöhte Umweltbelastung wie Feinstaub, Ruß, Kohlenmonoxid und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Voraussetzung für eine gute und effektive Holzverbrennung ist eine möglichst hohe Verbrennungstemperatur, die zügig und zuverlässig am besten im Volllastbetrieb d.h. durch einen ungedrosselten Abbrand der kompletten aufgegebenen Holzmenge erreicht wird.
Diese umweltschonende Betriebsweise macht nur dann Sinn wenn der Ofen auch dafür geeignet ist:
Er muß die freigesetzte Energie speichern können und nach der Befeuerung relativ gleichmäßig noch über einen längeren Zeitraum an den Wohnraum abgeben. Auf diese Weise verbindet sich umweltschonender Betrieb mit hoher Effektivität.
Die meisten in Deutschland installierten Öfen sind traditionelle Kaminöfen, die aber leider für diese
Art des Heizbetriebs nicht konzipiert sind. Bei deren Benutzung entstehen folgende Probleme:
– Es wird nur eine geringe Holzmenge bei ausreichender Luftzufuhr verbrannt → niedrige Feuerraumtemperatur, unvollständige Verbrennung mit erhöhtem Schadstoffausstoß, geringe Heizleistung.
– Es wird eine größere Holzmenge bei ausreichender Luftzufuhr verbrannt → höhere Feurraumtemperatur, vollständige Verbrennung, überhöhte Heizleistung, ineffektiver Betrieb, die erzeugte Wärme übersteigt schnell den Bedarf und kann nicht gepuffert werden.
– Es wird eine größere Holzmenge bei unzureichender Luftzufuhr verbrannt (= Leistungsreduktion durch Herunterregeln des Luftschiebers) → sinkende Feuerraumtemperatur, unvollständige Verbrennung mit besonders hohem Schadstoffausstoß, ineffektiver Betrieb, die im Holz enthaltene
Energie wird nur sehr unvollständig freigesetzt, sinkende Heizleistung.
– Es wird eine kleine bis mittlere Holzmenge bei ausreichend Luftzufuhr angebrannt und nach relativ kurzer Zeit die Luftzufuhr auf ein Minimum reduziert → niedrige Feuerraumtemperatur, unvollständige Verbrennung („Schwelbrand“) mit extrem hohem Schadstoffausstoß, geringe
Heizleistung, die durch den Schwelbrand etwas länger gehalten wird.
Gerade die zuletzt beschriebene Betriebsweise wird sehr häufig praktiziert, da bei voller Heizleistung nach kurzer Zeit zuviel Wärme entsteht, die sich wiederum schnell verflüchtigt, da der Ofen keineoder keine ausreichendeWärmespeichermasse besitzt, um erzeugte Wärme nach Befeuerung an den Raum zurückzugeben.
Somit wird offensichtlich, daß die meisten Kaminöfen und sog. Dauerbrandöfen und –herde nicht für einen praxisgerechten, umweltschonenden und effektiven Heizbetrieb geeignet sind. Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist die Konzeption all dieser Öfen als Erzeuger von Konvektionswärme, also Warm- bzw. Heißluftumwälzung im Gegensatz zu Strahlungswärme. Über diesen eklatanten Unterschied sollten sich Holzheizer bewußt sein:
a) Konvektionswärme (ein thermodynamischer Prozeß)
Konvektionswärme wird beim Durchströmen der Raumluft durch Luftschächte im Ofeninneren erzeugt und bewirkt nach relativ kurzerZeit eine deutliche Zirkulation im beheizten Raum: Durch die Erwärmung stark beschleunigt verläßt die Luft den Ofen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2m/sec und mehr an die Raumdecke und strömt von dort horizontal weiter zu den kälteren Zonen wie den Außenwänden oder offenen Türen. Dabei senkt sie sich ab und zieht dann merklich abgekühlt im Bodenbereich wieder zurück zum Ofen. Durch diese Luftbewegung
entstehen einerseits bis zu 10° große Temperaturunterschiede zwischen Decke und Boden, andererseits wird Staub aufgewirbelt und transportiert. Beim Abkühlen der Luft an den kälteren Raumteilen (z.B. Außenwand) kann die in der Raumluft enthaltene Feuchtigkeit als Kondensat ausfallen und Schimmelbildung bewirken. All diese Effekte erschaffen zusammen ein ungünstiges Raumklima, spürbar sowohl in der Belastung der Atemluft (Asthmatiker, Allergiker) als auch im unangenehmen Wärmeempfinden durch Temperaturschwankungen mit Luftbewegung und
unterschiedlichen Temperaturzonen der Luftschichtung (heißer Kopf und kalte Füße). Eine erhebliche zusätzliche Belastung entsteht durch die Tatsache, daß die Wärmetauscherflächen (Luftschächte) im Ofeninneren, an denen sich die Raumluft beim Durchströmen erhitzt, sehr
schlecht bis manchmal gar nicht zugänglich sind und somit zunehmend mit alten Staubablagerungen bakteriell verunreinigte Heißluft in den Wohnraum geblasen wird. Für den Energieverbrauch ist von Bedeutung, daß beim Öffnen von Türen und Fenstern sofort eine
Strömung ins Freie entsteht: Die erwärmte Heizluft verläßt schnell das Haus und kalte Luft strömt ein. Der damit einhergehende Energieverlust muß durch Nachheizen ausgeglichen werden, da die Luft keine Wärme speichern kann und beim Vorbeiströmen an festem Material nur ein oberflächlicher und relativ schlechter Wärmeübergang stattfindet.
b) Strahlungswärme ( ein quantenmechanischer Prozeß)
Strahlungswärme entsteht durch die von der heißen Ofenoberfläche ausgehenden Infrarotstrahlen. Diese langwelligen Wärmestrahlen breiten sich vom Wärmeerzeuger in alle Richtungen gleichmäßig aus und werden von den umgebenden Festkörpern wie Wänden, Decken, Böden, Möbeln und auch vom menschlichen Körper aufgenommen. Die angestrahlten Objekte erwärmen sich sanft bis hinein in ihre tieferen Materialstrukturen und speichern die absorbierte Wärme. Da die Luft für Wärmestrahlung durchlässig ist und somit nicht überheizt wird, entsteht der einzigartige Effekt von „kühler“ Atemluft bei gleichzeitig sanft auf den Körper einwirkender Tiefenwärme. Diese Art der Wärmeübertragung wird nicht nur als äußerst angenehm empfunden, sondern sorgt auch für ein sehr gesundes und stabiles Raumklima: Es gibt keine nennenswerten Luftbewegungen, keinen Staubtransport, keine Atemluftbelastung durch Bakterien und Altstaubablagerungen aus dem Ofeninneren, keine Schimmelbildung und keine unangenehm ausgetrocknete Raumluft. Der Luftaustausch durch Öffnen von Fenstern und Türen bewirkt keinen wesentlichen Energieverlust, da die Raumluft hier kein Wärmeträger ist, sonderndie im Speicherofen, im Baukörper und in der Einrichtung gespeicherte Wärme die Raumtemperatur stabil hält. Ein Nachheizen nach dem Lüften ist nicht notwendig. Insbesondere zeigt sich dieser deutliche Wärmespeicher-Effekt indem bei nachlassender oder nahezu beendeter Strahlungswirkung des abkühlenden Ofens der Wohnraum trotzdem immer noch als beheizt wahrgenommen wird.
Als Konsequenz aus allen aufgeführten Fakten ergeben sich für die Konzeption von scheitholzbeheizten Öfen, die praxisgerecht, benutzerfreundlich, umweltschonend, effektiv und wohngesund funktionieren sollen, folgende Anforderungen:
* Abgabe der Energie über Strahlungswärme
* zeitlich begrenzte Befeuerung nur bei Volllast mit vollständiger Verbrennung
* Aufnahme der kurzzeitig erzeugten Energie in ausreichender Speichermasse
* Abgabe der erzeugten Energie an den Raum noch mehrere Stunden nach Ende der Befeuerung
* Flexibilität in der Konzeption je nach Bedarf der Benutzer und der häuslichen Energiesituation mit Wärmespeicherzeiten von mind. 6 bis max. 24 Std.
Solche Öfen gibt es bereits:
Grundöfen und Kleinspeicheröfen/Kleingrundöfen:
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