Energieeffizientes Heizen mit Holzöfen

Im Zuge der Diskussion um Klima- und Umweltschutz werden immer wieder Stimmen laut, welche Holzöfen allgemein als „Dreckschleudern“ bezeichnen und sogar Verbote für sie fordern. Neben Verallgemeinerungen reicht die Bandbreite der Argumentation von unsachlich/polemisch bis hin zu berechtigter Kritik. Es steht an diese Art der Kritik konstruktiv zu sehen, Ursachen zu beleuchten und Mängel zu verbessern oder möglichst ganz zu beseitigen.

 

Es ist eine anerkannte Tatsache, dass Holz nach sorgfältiger Trocknung mit richtiger Bedienung in einem geeigneten Holzofen umweltschonend und vollständig mit hohem Wirkungsgrad verbrennt. Dies geschieht auch CO 2-neutral. Wenn unbewusste Fehlbedienung und oft ungeeignete Holzofenkonzeptionen als mitverantwortlich für Umweltbelastungen erkannt werden, sollten wir hier genauer hinschauen. Vorschnell nach Verboten für jede Art Holzofen zu rufen und womöglich das Energiepotential von nachwachsender Holz-Biomasse in entwickelter Holzofentechnik als wesentlichen Beitrag zum Gesamtwärmehaushalt ungenutzt zu lassen, hieße das Kind mit dem Bade auszuschütten. Stattdessen ist dafür Sorge zu tragen, dass einerseits Holzheizer kompetent und verantwortungsbewusst ihre Feuerstelle bedienen und andererseits der Holzofen für eine optimierte Scheitholzverbrennung auch wirklich ausgerüstet ist:

1.) Wie werden Ofenabgase zu Umwelt- und Geruchsbelästigung und was kann jeder Feuerstellenbetreiber mit Holzofen sofort dagegen tun?

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2.) Stahlofen Steely erfüllt die Anforderungen an einen Holzofen für eine umweltschonende, effektive, praxisgerechte, benutzerfreundliche und wohngesunde Betriebsweise mehr erfahren>>

1.) Wie werden Ofenabgase zu Umwelt- und Geruchsbelästigung und was kann jeder Feuerstellen-betreiber mit Holzofen sofort dagegen tun? – Mit diesen Tipps minimieren Sie Schadstoffe und sparen Brennholz

Die Holzverbrennung in einem Holzofen 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/Herunterregeln der Verbrennungsluft in Warmluft-Öfen

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.

zu a) Es wird häufig zu feuchtes Brennholz für den Holzofen verwendet.

Für eine umweltschonende Verbrennung ist es besonders wichtig nur gut durchgetrocknetes Holz zu nutzen. Generell gilt: Je trockener, desto besser. Der gesetzlich zulässige obere Grenzwert von 25 % Wassergehalt bzw. 20 % Holzfeuchte im Brennholz ist definitiv zu hoch (da diese Begriffe öfter durcheinander gebracht werden hier zur Erklärung „Wassergehalt und Holzfeuchte“).
Für eine gute Verbrennung mit einer entsprechend hohen Verbrennungstemperatur sollte der Wassergehalt von 17 % (das entspricht einem Feuchtegrad von 15 %) nicht überschritten werden. Optimal ist ein Restfeuchtegehalt im Brennholz von 10-14 %.

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 z.B. bei einem 20 % igen Wassergehalt in einem Kilogramm Brennholz erst einmal 200 cm Wasser (ein kleines Trinkglas gefüllt) Energie aufwändig zum Verdampfen gebracht werden müssen. Das bedeutet für einen 3,5 Kg-Abbrand in einem kleineren Holzofen schon einen Energiebedarf für die Verdampfung von fast einem ¾ 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.

Testo-606-1-Materialfeuchte-Messgerät

zu b) Der Holzofen wird häufig falsch angeheizt.

Das Feuer im Holzofen 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.

Anfeuern von oben

zu c) Holzscheite sind oft zu groß im Holzofen

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 ofenfertig auszutrocknen, brennen langsamer an und verbrennen durch vermehrte Holzkohlebildung während des Feuerungsprozesses im Holzofen 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 z.B. auch nicht mit stehendem 40 cm langem 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 zum Beheizen des Holzofens nehmen, als zu große.

zu d) Teillastbetrieb/Herunterregeln der Verbrennungsluft in Warmluftöfen

Die Verbrennung im Holzofen 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, also ein Speicherofen ist:  Er muss die freigesetzte Energie aufnehmen und speichern können und  nach der Befeuerung relativ gleichmäßig noch über einen längeren Zeitraum  an den Wohnraum abgeben. Auf diese Weise verbindet sich umweltschonender Betrieb eines Holzofens mit hoher Effektivität.

Die meisten in Deutschland installierten Feuerstellen sind Kaminöfen (sog. „Schwedenöfen“) bzw. zunehmend auch Heizkamine, die aber leider für diese Art des Heizbetriebs nicht konzipiert sind. Bei deren Benutzung entstehen folgende Probleme:

a. Es wird nur eine geringe Holzmenge bei ausreichender Luftzufuhr verbrannt: Dadurch niedrige Feuerraumtemperatur, unvollständige Verbrennung mit erhöhtem Schadstoffausstoß, geringe Heizleistung.

b. Es wird eine größere Holzmenge bei ausreichender Luftzufuhr verbrannt: Dadurch höhere Feuerraumtemperatur, vollständige Verbrennung, überhöhte Heizleistung, ineffektiver Betrieb: Die erzeugte Wärme übersteigt schnell den tatsächlichen Bedarf und kann nicht gepuffert werden.

c. Es wird eine größere Holzmenge bei unzureichender Luftzufuhr verbrannt (Leistungsreduktiondurch Herunterregeln des Luftschiebers): Dadurch sinkende Feuerraumtemperatur, unvollständige Verbrennung mit besonders hohem Schadstoffausstoß, ineffektiver Betrieb: Die im Holz enthaltene Energie wird nur sehr unvollständig freigesetzt.

e. Es wird eine kleine bis mittlere Holzmenge bei ausreichend Luftzufuhr angebrannt und nach relativ kurzer Zeit die Luftzufuhr auf ein Minimum reduziert: Dadurch niedrige Feuerraumtemperatur, unvollständige Verbrennung („Schwelbrand“) mit extrem hohem Schadstoffausstoß, geringe Heizleistung, die durch den Schwelbrand bewusst gleichmäßig und länger gehalten wird.

Gerade die zuletzt beschriebene Betriebsweise wird sehr häufig praktiziert, weil bei voller Heizleistung schon nach kurzer Zeit zu viel Wärme entsteht – die sich wiederum bald verflüchtigt, da der Kaminofen keine oder keine ausreichende Wärmespeichermasse besitzt, um erzeugte Wärme nach Befeuerung an den Raum zurückzugeben. Selbst Kaminöfen, die mit wärmespeichernden Außenverkleidungen aus Keramik, Kunst- oder Naturstein ausgerüstet sind,
zeigen keinen überzeugenden Effekt, solange sie dennoch auf die Abgabe von Konvektionswärme angelegt sind.

Somit wird offensichtlich, dass die meisten Kaminöfen, Dauerbrandöfen, Heizkamine und Warmluft-Kachelöfen bei genauerer Betrachtung nicht optimal für einen praxisgerechten, umweltschonenden und effektiven Heizbetrieb geeignet sind. Ein wesentlicher Aspekt ist wie erwähnt die Konzeption all dieser Holzöfen ohne wirksame Speichermasse als Erzeuger von Konvektionswärme, also Warm- bzw. Heißluftumwälzung, im Gegensatz zur physikalisch völlig anderen Wirkungsweise der Strahlungswärme. Über diesen bedeutenden Unterschied sollten sich Holzheizer als auch Ofenhersteller bewusst sein: Konvektionswärme vom Warmluftofen und Wärmestrahlung vom Speicherofen.

1. Konvektionswärme vom Warmluftofen
(ein thermodynamischer Prozess)

Konvektionswärme wird beim Durchströmen der Raumluft durch Luftschächte im Ofeninneren erzeugt und bewirkt nach relativ kurzer Zeit eine deutliche Zirkulation im beheizten Raum: Durch die Erwärmung stark beschleunigt, verlässt die Luft den Holzofen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2 m/sec 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 geringer oberflächlicher und relativ schlechter Wärmeübergang stattfindet. Für einen besseren Wärmeübergang müsste die Luft im Wohnraum in turbulente Strömung versetzt werden, sie strömt hier aber laminar.

Die Technik des Speicherofens

2.) Unser Grundofen Steely erfüllt die Anforderungen an einen Holzofen für eine umweltschonende, effektive, praxisgerechte, benutzerfreundliche und wohngesunde Betriebsweise.

Als Konsequenz aus allen aufgeführten Fakten ergeben sich für die Konzeption von Holzöfen, die praxisgerecht, benutzerfreundlich, umweltschonend, effektiv und wohngesund funktionieren sollen, folgende Anforderungen:

1. Abgabe der Energie über Wärmestrahlung.
2. Zeitlich begrenzte Befeuerung nur bei Volllast mit vollständiger umweltschonender Verbrennung.
3. Aufnahme der kurzzeitig erzeugten Energie in ausreichender Speichermasse von mindestens 300 Kg und mehr.
4. Abgabe der erzeugten Wärmeenergie an den Raum, noch mehrere Stunden nach Ende der Befeuerung.
5. Heizgasführung durch effektives keramisches Wärmespeicher-Zugsystem, in denen sich Staub, Ruß und Flugasche ablagern kann und jährlich entnommen wird.
6. Langlebigkeit, Montage-, Reparatur- und Wartungsfreundlichkeit.

Für alle diese Anforderungen wird unser Stahl-Speicherofen STEELY gebaut.

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