Aufklärung ist notwendig.
Holzöfen, gemeinhin Kamin oder Kaminofen genannt, umfassen eine Reihe von Feuerungsstätten, die sich in ihrer Bauart, energetischen Effizienz und vor allen Dingen in dem Ausstoß von Emissionen sehr unterscheiden. Zwangsläufig muss bei atmosphärisch betriebenen Holzheizgeräten differenziert werden.
Die in Deutschland verkauften Holzöfen sind zu 80% Kaminöfen, die zu einem überwiegenden Anteil durch Baumärkte verkauft werden. Vor allen Dingen der geringe Preis von durchschnittlich 1.300,-€ macht diesen Ofentyp bei dem Verbraucher so beliebt. Eine Einweisung in die richtige Bedienung des Ofens wird in der Regel nicht gegeben, da der Baumarkt kein Fachhandel ist.
Steigende thermische Gebäudequalitäten haben in den letzten 20 Jahren zu einem geringeren Wärmebedarf und einem kleineren Leistungsanspruch der Heizsysteme geführt. Hat der industriell hergestellte Kaminofen aus Stahl oder Guss mit einem Leistungsbereich von 5 – 10 kW direkter Wärmeabgabe als Einzelraumfeuerungsstätte in schlecht gedämmten Gebäuden seine Berechtigung gehabt, ist er heutzutage in der Regel überdimensioniert.
Mit der Folge, dass er von dem Benutzer in Teillast betrieben wird, mit den entsprechend hohen Emissionsfaktoren aufgrund unvollständiger Verbrennung des Holzes.
Konstruktionsbedingt (direkte Wärmeabgabe) ist eine schadstoffarme Bedienung von Kaminöfen in der Regel für den Betreiber nicht möglich.
Damit sind zugleich zwei der Hauptfaktoren für insgesamt hohe Emissionen von Kaminöfen benannt: die Konstruktion des Gerätes und das Bedienverhalten des Betreibers.
Die derzeit mit der Scheitholzverbrennung in Öfen verbundenen Emissionen an Staub und Kohlenmonoxid können durch Umsetzung des höchstmöglichen Standes der Technik um über 80 % bis nahe an die Nachweisgrenze reduziert werden. Dafür notwendig ist die Konstruktion eines Ofens, dessen Feuerraum eine optimale Verbrennung gewährleistet und bei dem ein Fehlbedienung quasi ausgeschlossen ist.
Mit dem Grundofen stellt das Handwerk einen Speicherofen zur Verfügung, der mit seiner gemauerten Feuerung und seinem keramischen Zugsystem diesen Anforderungen mehr als gerecht wird. Zudem stellt er aufgrund seiner zeitverzögerten Wärmeabgabe den idealen Wärmeerzeuger für gut gedämmte Gebäude dar: mit 1-2 Brennstoffaufgaben am Tag zudem leicht zu bedienen und sehr sparsam im Verbrauch.
850° Handwerklicher Grundofen e.V. hat die alte europäische Heiztradition des Kachelgrundofens (Speicherofens) durch jahrzehntelange Praxiserfahrung und zahlreiche Qualitätsprüfungen zukunftsweisend optimiert.
Durch Primärmaßnahmen werden in erster Linie die Emissionen aus unvollständiger Verbrennung, namentlich das Kohlenmonoxid und in direkter
Abhängigkeit davon die organisch gebundenen Kohlenwasserstoffe reduziert.
Festbrennstoffe verbrennen nicht direkt, sondern 2-stufig, wobei in der ersten Stufe Kohlenmonoxid vom Brennstoff-Kohlenstoff gebildet wird, dass dann in der zweiten Stufe möglichst gänzlich zu Kohlendioxid oxidiert werden soll. Der hohe Anteil an flüchtigen Bestandteilen führt bei der Verbrennung von biogenen Brennstoffen hauptsächlich zu einem Gasausbrand. Um Emissionen reduzieren zu können, müssen die Bedingungen für diesen Gasausbrand optimiert werden, indem in der Verbrennungszone Voraussetzungen für einen vollständigen Ausbrand geschaffen werden. Diese sind ein entsprechendes Brennstoff/Luftverhältnis, eine ausreichend hohe Temperatur, ausreichend lange Verweilzeit und ausreichend gute Durchmischung.
Der Grundofen hat für einen emissionsarmen und brennstoffsparenden Abbrand die besten Voraussetzungen.
Temperatur
Die im Brennraum herrschende Temperatur beeinflusst während einer Verbrennung sämtliche ablaufenden chemischen Reaktionen. Um einen vollständigen Ausbrand zu erreichen ist eine Mindesttemperatur von 650 °C erforderlich (Zündtemperatur von Methan). Je höher die Temperatur, desto schneller laufen die Oxidationsreaktionen ab. Die Geschwindigkeit der meisten Reaktionen nimmt mit steigender Temperatur sogar exponentiell zu (Arrhenius Gleichung). Die Arrhenius-Gleichung (nach Svante Arrhenius) beschreibt in der chemischen Kinetik die quantitative Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur. Erst Temperaturen über 1200 °C führen zur Bildung von unerwünschten thermischen Stickoxiden. Die Gefahr der thermischen Stickoxidverbrennung bei der Scheitholzverbrennung ist gering, da derartig hohe Temperaturen bestenfalls lokal im Ofenbrennraum auftreten können.
Verweilzeit
Die erforderliche Verweilzeit ist die Zeit für die Oxidation in der Gasphase, also die Summe aus Stofftransport (Diffusion), Stoffaustausch und eigentlicher Reaktion. Je höher die Verweilzeit im Brennraum, desto besser ist der Ausbrand der Verbrennungsgase und desto niedriger sind die Emissionen. Je höher die Temperatur und die Vermischung, desto geringere Verweilzeiten sind notwendig um die gleiche Ausbrandqualität zu erzielen. Die Aufenthaltsdauer der Gasteilchen liegt im Bereich von Bruchteilen einer Sekunde bis mehrere Sekunden. Da die Entgasungsprodukte bei Pyrolyse und Vergasung des Scheitholzes nicht am Brennraumeingang, sondern verteilt über den gesamten Brennraum entstehen, spricht man von einem Verweilzeitspektrum mit unterschiedlichen Verweilzeiten. In der Praxis herrscht ein anlagentypisches Verweilzeitspektrum, da die Verweilzeit abhängig von Brennraumgeometrie, Verbrennungstemperaturen und Luftüberschuss ist. Die Temperatur im Brennraum steht im direkten Zusammenhang mit den erforderlichen Verweilzeiten.
Durchmischung
Bei der Verbrennung müssen zum einen der Kohlenstoff des Brennstoffes und zum anderen die brennbaren Gase (z.B. Kohlenmonoxid) mit der Verbrennungsluft durchmischt werden. Die Qualität der Durchmischung ist wesentlich abhängig von der Verbrennungsgastemperatur. Die unterschiedlichen Viskositäten aufgrund verschiedener Temperaturniveaus zwischen heißem Brenngas (>800 °C) und kühler Verbrennungsluft (20 °C) erschwert die Durchmischung. Bei Temperaturen zwischen 600 und 1300 °C jedoch wird der Einfluss der Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffes in die Poren des Feststoffes (Brennstoff) deutlich. Die Abhängigkeit von der Temperatur ist in diesem Bereich gering. So beeinflusst die Diffusion des Sauerstoffs in die Poren und die Diffusion der Verbrennungsprodukte aus den Poren die Reaktionsgeschwindigkeit merkbar. Bei der 4Gasverbrennung ist für eine gute Durchmischung der Luft mit den unverbrannten Gasen des Brennstoffes zu sorgen. Je höher die Turbulenz, desto kleiner könnte der Luftüberschuss, die Verweilzeit und/oder die Verbrennungstemperatur bei gleicher Verbrennungsgüte sein. Mit höheren Gasgeschwindigkeiten nimmt die Intensität des Stofftransportes zu. Zu hohe Geschwindigkeiten erhöhen jedoch den Staubaustrag. (s. Stefan Aigenbauer, Wilhelm Moser, Christoph Schmidl Endbericht Neue Öfen 2020)
Die 2.Stufe der 1.BImschV.
Typprüfungen
Das Problem der in der 2. Stufe der 1.BImschV geforderten Typenprüfung ist, dass die Kennwerte unter bestmöglichen Bedingungen ermittelt werden. Fachkundige Experten prüfen mit ausgewählten Brennstoffen und bei optimal eingestellten Luftverhältnissen. Im Vergleich dazu sind Ergebnisse aus dem praxisnahen Betrieb von Kaminöfen und Kaminen zum Teil ein Vielfaches der bei der Prüfung ermittelten Emissionen. Was sich bei verschiedenen Felduntersuchungen deutlich zeigt ist, dass Speicheröfen die Prüfstandswerte einhalten.
Vor-Ort-Messungen
Da Speicheröfen als individuelle Heizanlagen in der Regel handwerklich vor Ort aufgebaut werden, ist eine Vorab-Prüfung auf dem Prüfstand nicht gegeben. Die Möglichkeit der Vor-Ort-Messung durch den Schornsteinfeger hat sich aufgrund eines praxisuntauglichen Messverfahrens scheinbar nicht durchgesetzt. Keiner der Schornsteinfeger-Landesverbände in Deutschland konnte dazu auf Anfrage Zahlen liefern.
Staubfilter
In der Praxis besteht noch ein erheblicher Bedarf zur Weiterentwicklung von Elektro- oder anderen Staubfiltern bis zur Serienreife, um einen ungestörten mindestens 1-jährigen Dauerbetrieb zu realisieren. Bis jetzt hat sich keines der angebotenen Produkte auf dem Markt durchgesetzt.
Das Ziel von 850° Handwerklicher Grundofen e.V. ist es, den Grundofen als bestmöglichen Stand der Technik von manuell bedienten Holzöfen in Bezug auf die Emissionen, den Holzverbrauch und die Art der Wärmeabgabe (Strahlungswärme) zu fördern.
Als bedienerfreundliche, zeitgemäße und saubere Feuerstätte trägt der Speicherofen als CO2-neutrale Holzheizung dazu bei, die Klimaschutzziele zu erreichen. Das Ziel der Bundesregierung bis 2050 vollständig regenerativ Energie zu erzeugen, kann ohne Holzheizungen nicht erreicht werden. Darüber hinaus ist der Speicherofen als Low-Tec-Heizung, die ohne Strom auskommt, nicht wegzudenken.
Die Versorgungssicherheit der Bevölkerung muss unbedingt berücksichtigt werden. Eine auf Strom basierte Wärmeversorgung kann der Gesetzgeber nicht gewährleisten. Holz ist ein Energieträger, der auf Dauer nachhaltig und regional in der Bundesrepublik Deutschland zur Verfügung steht.
Als größter Markt für Holzfeuerungen hat Deutschland keinen Verband und kein Forschungsinstitut mit Budget zur Erforschung und Optimierung der Holzfeuerung. Dieses muss geändert werden, da in dieser Ressource ein CO2 Einsparpotential von 6bis zu 15% steckt. Deutsche Hersteller generieren ihre Umsätze überwiegend mit der Herstellung von Kaminöfen, Kamineinsätzen und Gaskaminen. Deshalb besteht bei der Industrie und den Verbänden wenig Interesse, interne Forschungsergebnisse und Messreihen zu veröffentlichen. Es würde deutlich werden, dass es sehr große Unterschiede bei der ökologischen Verträglichkeit der einzelnen Systeme gibt. Stattdessen wird darum gekämpft, dass auch der einfachste Blechofen ein Energielabel bekommt.
Quellen:
1. Stefan Aigenbauer, Wilhelm Moser, Christoph Schmidl, Endbericht Neue Öfen 2020
2. Feldmessungen CO- und Staubemissionen Standortbestimmung Wohnraumfeuerungen, Verband Schweizerischer Hafner- und Plattengeschäfte VHP
3. DBFZ Report Nr. 3, Feinstaubminderung im Betrieb von Scheitholzkaminöfen unter Berücksichtigung der toxikologischen Relevanz
4. Christian Gaegauf, Michael Sattler, BRENNKAMMERN FÜR HOLZFEUERSTÄTTEN MIT GERINGEN PARTIKELEMISSIONEN
5. Wolfram Jörß, Volker Handke, Emissionen und Maßnahmenanalyse Feinstaub 2000 – 2020 7