Wie nutze ich Holz zur Wärmegewinnung?

Es gibt mehrere Möglichkeiten aus Holz Energie zu gewinnen. Die gängigsten Verbrennungsanlagen sind dabei der Pelletofen, die Hackschnitzelheizung, die Scheitholzheizung und der Kamin.

Brennendes Holz

Die Verbrennung ist eigentlich eine rasche, unter Flammenbilung verlaufende Oxidation. Dabei vereinigt sich Sauerstoff aus der Luft mit Kohlenstoff und Wasserstoff aus dem Holz. Es wird Energie in Form von Licht und Wärme abgegeben. Die Endprodukte einer vollständigen Verbrennung sind im Idealfall Kohlendioxid, Asche und Wasser.
Der Verbrennungsvorgang lässt sich bei festen Brennstoffen in drei Phasen einteilen:

In der ersten Phase, der Erwärmung und Trocknung, werden leicht flüchtige Stoffe und vor allem Wasser durch Zufuhr von Energie verdampft. Holz mit einem hohen Wassergehalt entzieht der Verbrennung also recht viel Energie.

In der zweiten Phase, der Pyrolyse, zersetzt sich der Brennstoff Holz bei Temperaturen ab etwa 150 °C in mehrere Bestandteile. Dabei entsteht unter anderem ein Gasgemisch, das neben anderen Verbindungen auch Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe enthält. Daneben bilden sich Öle und Teere, die sich bei höheren Temperaturen weiter zersetzen. Ab einer Temperatur oberhalb von 400 °C vergasen auch feste organische Bestandteile des Holzes und verbinden sich mit Sauerstoff überwiegend zu Kohlenmonoxid. In diesem Verbrennungsstadium ist vom Holz nur noch Holzkohle übrig.

In der dritten Phase, der eigentlichen Verbrennung, reagieren die in der ersten Phasen gebildeten Gase mit Luftsauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. Auch die aus der zweiten Phase übrig gebliebene Holzkohle verbrennt im Glutbett vollständig. Als Verbrennungsrückstand bleibt Asche übrig. Die einzelnen Phasen der Verbrennung kann man am offenen Feuer sehr gut beobachten.

Wie effektiv die Verbrennung verlaufen ist, kann man anhand der im Ofen verbleibenden Asche beurteilt. Bei einer vollständig verlaufenden Verbrennung bleibt feine weisse Asche im Brennraum zurück.
Sind jedoch grössere Mengen unverbrannten Brennstoffs, Kohle- oder Russpartikel zu erkennen, lässt sich dies auf eine unsaubere Verbrennung zurückführen. Unvollständig verbranntes Holz enthält gefährliche Rückstände.
Holzvergasung

Holzvergasung

Der Verbrennungsprozess läuft in einem Holzvergaserkessel etwas anders ab. Die Verbrennung findet nicht in diesem Fall nicht von unten nach oben sondern von oben nach unten statt. Hier findet die Vorverbrennung in einer Oberkammer und die Hauptverbrennung in einer Unterkammer räumlich voneinander getrennt statt. Häufig ist der Hauptverbrennung noch eine Nachverbrennung nachgelagert, die den Wirkungsgrad eines solchen Kessels deutlich steigert und die Emissionen eines Kessels senkt.

Um einen optimalen Verbrennungsprozess zu gewährleisten, müssen die Holzscheite möglichst kompakt gepackt werden.

Feststoffkessel

In einem Feststoffkessel lassen sich neben Holz auch verschiedene andere Materialen wie Braun-, Steinkohlenbriketts,Torf und Koks verbrennen. Das Brenngut brennt in diesem Fall von unten nach oben ab. Man spricht hier vom Prinzip des oberen Abbrandes. Die für eine saubere Verbrennung notwendige Sekundärluft wird über eine in der Aschtür angebrachte Regelklappe zugeführt. Die weitere Steuerung der Luftzufuhr erfolgt über einen mechanischen Verbrennungsregler, der die Regelklappe entsprechend steuert. Da die Verbrennung nur in engen Grenzen steuerbar ist, wird die Verwendung eines Pufferspeichers empfohlen. Hierbei wird die im Kessel erzeugte Wärme in einem Speicher bis zum Abruf durch einen Verbraucher zwischengespeichert. Die Feststoffbrennkessel lassen sich häufig auch mit einem Öl-/ Gasheizung kombinieren.

Der offene Kamin

Der offene Kamin gehört zweifelsfrei zu den ältesten Formen der Wärmegewinnung. Er diente in frühreren Tagen oft auch als Kochstätte und war Mittelpunkt des familiären Zusammenlebens. Offenes Kaminfeuer hat auch in der heutigen Zeit durchaus seine Reize, energetisch betrachtet macht er bei den aktuellen Energiepreisen aber eine sehr schlechte Figur. Die Abgabe von Energie erfolgt bei diesem Kamintyp ausschliesslich über Wärmestrahlung. Man kann den Wirkungsgrad des Kamins durch spezielle Einsätze zwar erhöhen, allerdings gibt es wesentlich effizientere und schönere Varianten des Kamins.
Der geschlossene Kamin

Der geschlossene Kamin ist eine Weiterentwicklung des offenen Kamins und wird durch eine feuerfeste Scheibe abgeschlossen. Der Kamin ist in der Regel mit verschiedenen technischen Komponenten versehen, die den Wirkungsgrad erheblich erhöhen. So gibt es Einsätze im Brennraum, die direkt mit der Warmwasserversorgung gekoppelt sind und somit einen erheblichen Teil der Heizenergie einsparen helfen. Auch kann bei der Planung ein Lüftungssystem integriert werden, das verschieden Räume mit wohliger Wärme versorgen kann. Dazu wird Frischluft durch ein geschlossenes System im innern der Kaminummantelung geleitet und erwärmt. Anschliessend verteilt sich die Luft über das  Lüftungssystem.
Kamine lassen sich wunderbar den eigenen Wünschen anpassen und in bestehende Räume integrieren.

Pelletofen

Die Entwicklung von Pelletheizsystemen hat in den letzten Jahren einen wirklich grossen Sprung vollzogen. Die Wurzeln dieser Technik liegen in holzreichen Regionen wie Skandinavien, Schweiz und Österreich. Die Technik des Ofens und der Entwicklungsstand der Regelelektronik kann als ausgereift angesehen werden. Der Pelletofen ist für den Einsatz im Wohnbereich konzipiert und kann je nach Ausstattung und Wärmebedarfs des Hauses einzelne Räume oder grosse Teile eines Hauses beheizen. Pelletöfen bewegen sich im Leistungbereich von 6-8 kW und kleiner. Je nach Anlage und Betriebsparameter sind Wirkungsgrade von 90% und mehr möglich. Die Beschickung der Anlage mit Pellets erfolgt automatisch aus einem Vorratsbehälter, der sich im System befindet. Je nach Grösse des Vorratsbehälters und Heizleistung lässt sich ein Dauerbetrieb von bis zu 80 h realisieren. Moderne Pelletöfen haben ein sehr ansprechendes Design und lassen sich bestens in bestehende Wohnkonzepte integrieren. Über die Verbindung mit dem regulären Heizkreislauf läßt sich die Effizient einer solchen Anlage noch erhöhen.

Pelletheizung

Pellet - Zentralheizungen werden anstelle einer Öl - oder Gasheizung installiert und übernehmen den gesamten Energiebedarf eines Hauses. Die Heizungen für Ein- und Zweifamilienhäuser haben eine Leistung von 10-30 kW, es lassen sich aber durch das in Reihe schalten mehrerer Heizungen wesentlich grössere Leistungen erzielen. Sie werden ausschliesslich mit Pellets befeuert, einige Hersteller haben ihre Anlagen aber auch für die Nutzung von Scheitholz vorgesehen. Allerdings kann bei solchen Anlagen die staatliche Förderung entfallen, weil durch die Verbrennung von Stückholz der Wirkungsgrad der Anlage sinkt.

Eine Anlage muss einen Wirkungsgrad von mindestens 90% erreichen, um gefördert zu werden.

Man sollte sich also vor der Installation im Klaren darüber sein, ob man diese Option später nutzen möchte oder ob man auf diese Option verzichten kann.Die Anlagen sind mit einer umfangreichen Regelelektronik ausgestattet, die es dem Nutzer ermöglicht die Anlage seinen Bedürfnissen entsprechend zu steuern. Aufgrund der guten Dosierbarkeit des Brennstoffs kann die Anlage in einem grossen Leistungsband betrieben werden und ist somit auch in der Lage schnell auf kurzfristige Leistungsspitzen zu reagieren.Die Versorgung der Anlage mit Pellets kann auf verschiedenen Wege erfolgen. Sie erfolgt in der Regel automatisch, so dass der Benutzer eigentlich nur die noch vorhandene Menge im Vorratsraum kontrollieren muss. Je nach Lage des Raumes zur Heizung bieten sich hier verschiedene Verfahren an. Auf die Gestaltung des Pellet - Lagerraums und die verschiedenen Fördertechniken wird hier eigegangen.

Lagerung von Pellets

Die Pelletqualität beeinflusst wesentlich die Funktionstüchtigkeit einer Pelletheizung. Man sollte also nicht nur beim Einkauf der Pellets auf einen zertifierten Herstellungsprozess achten, sondern auch der Lagerung der Pellets besondere Aufmerksamkeit schenken.

 
Der Lagerraum sollte folgende Anforderungen erfüllen

Pellets sollten auf keinem Fall irgendeiner Form von Wasser ausgesetzt werden. Bei Kontakt mit Wasser quellen Pellets auf, verlieren ihre Form und ihre Festigkeit. Für den Transportprozess und die Verbrennung sind feuchte Pellets nicht geeignet. Die Feuchtigkeit im Lagerraum sollte daher die normale witterungsbedingte Luftfeuchtigkeit nicht übersteigen. Die normale Luftfeuchtigkeit schadet den Pellets nicht.
Die Grösse der Lagerstelle hängt vom benötigten Wärmebedarf des Hauses ab. Er sollte maximal die benötigte Jahresbrennstoffmenge aufnehmen können.
Bei der Auswahl des Raumes müssen auch einige statische Anforderungen beachtet werden. So sollten die Aussenwände den statischen Belastungen standhalten und entsprechend den technischen Standards aufgebaut sein.

Die Zugänge zum Raum müssen nach aussen öffnen und sie müssen mit einer Dichtung versehen sein, um ein Eindringen von Staub ins Gebäude zu verhindern. Abhängig vom Lagerraum sollten die Zugänge auf der Innenseite mit Holzbrettern abgesichert werden. Diese Massnahme reduziert den Druck auf die Zugänge.
 
Aufbau eines Lagerraumes

Das Innere des Lagerraums sollte so gestaltet sein, dass eine völlige Entleerung durch das Entnahmesystem möglich ist. Dazu wird der Raum mit einem Schrägboden ausgestattet, der ein kontinuierliches nachrutschen der Pellets garantiert. Als Baumaterialien haben sich wegen der glatten Oberfläche Spanplatten und geschliffene OSB - Platten bewährt. Der Unterbau sollte aus massivem Hölzern oder einer Stahlkonstruktion aufgebaut sein, um den statischen Ansprüchen eines Schrägbodens gerecht zu werden. Weiterhin sollte der Schrägboden mit der Umgebungswand dicht abschliessen, damit die Pellets nicht in den Zwischenraum fallen können.

Da die Schallausbreitung von mechanischen Teilen über das Mauerwerk erheblich ist, sollten alle Elemente wie das Entnahmesystem oder Wanddurchführungen so installiert werden, dass eine Schallübertragung auf das Mauerwerk vermieden wird.

Des Weiteren muss eine Prallschutzmatte vor der dem Einblassstutzen gegenüberliegenden Wand angebracht werden. Die Prallschutzmatte dient einerseits dem Schutz der Pellets vor Zerstörung beim Einblassvorgang und andererseits verhindert sie eine Beschädigung der Wand. Als Matten finden schwere Folien und abriebfeste Gummiwerkstoffe Verwendung.
 
Befüllsystem

Der Lagerraum wird mit einem Einblassstutzen und einem Absaugstutzen versehen. Die Stutzen sind aus Metall, besitzten eine Kupplung für die Verbindung zum Silowagen und werden entsprechend ihrer Verwendung dauerhaft gekennzeichnet. Die Stutzen sind in einem Abstand von ca. 15-20 cm unterhalb der Lagerraumdecke anzubringen und müssen ausreichend fixiert werden. Da beim Befüllvorgang elektrostatische Pentenziale auftreten, müssen alle entsprechenden Baugruppen geerdet werden. Im  Lagerraum selbst dürfen keine elektrischen Installationen wie Schalter, Licht, Verteilerdosen etc. installiert sein. Vorhandene Rohrsysteme müssen z.B. durch Abprallbleche strömungs- und bruchsicher verkeidet werden. Sollte der Lagerraum nur über eine längere Rohrverbindung erreichbar sein, sind bei der Verlegung des Rohrsystems bestimmte Regeln zu beachten.

 
Abweichende Lösungen

Bei der hier beschriebenen Lösung mit Schrägboden handelt es sich um eine Standardanordnung. Sollte diese Lösung wegen besonderer Raumverhältnisse nicht umsetzbar sein, können auch Sonderlösungen umgesetzt werden. Diese sollten jedoch auf jeden Fall mit einem Fachmann abgeklärt werden.

Hackschnitzelheizungen

Hackschnitzelheizungen werden anstelle einer Öl - oder Gasheizung installiert und übernehmen den gesamten Energiebedarf eines Hauses. Die Heizungen für Ein- und Zweifamilienhäuser haben eine Leistung von 10-30 kW, es lassen sich aber auch grössere Leistungen installieren. Die Anlage arbeiten ab einem Wärmebedarf von ca. 20 kW wirtschaftlich. Sie werden ausschliesslich mit Hackschnitzel oder Restholz befeuert, einige Hersteller haben ihre Anlagen aber auch für die Nutzung von Holzpellets vorgesehen. Der prinzipielle Aufbau einer Hackschnitzelheizung ähnelt dem einer Pelletheizung. Hackschnitzel bestehen nicht aus normierten Körpern, wie es bei Pellets der Fall ist, sondern aus Bestandteilen mit unterschiedlichem Durchmesser und Dicke. Daher ist die Fördertechnik bei Hackschnitzeln den Gegebenheiten angepasst und ist wiederstandsfähiger als bei einer normalen Pelletheizung ausgeführt

Da Hackschnitzel in vielen Bereichen in der landwirtschaftlichen Arbeit anfallen und die Produktion mit mobilen Hackern recht einfach ist, liegt der Preis für diesen Brennstoff deutlich unter dem von Pellets.

Scheitholzheizung

Aufgrund der in Zukunft steigenden Preise für fossile Brennstoffe, werden mit Scheitholz betriebene Heizungsanlagen für immer mehr Haushalte interessant. Gerade im ländlichen Raum, wo entsprechende Holzmengen kostengünstig vorhanden sind, wird sich diese Brennstoffform durchsetzen können. Viele auf dem Markt befindliche Anlagen lassen sich mittlerweile über eine elektronische Steuereinheit und eine Lambda-Sonde in gewissen Grenzen regeln. Die verwendeten Anlagen lassen sich in zwei Klassen einteilen:
Holzvergaser

Holzvergasung

In einem Holzvergaser lässt sich Holz in verschiedenen Abmassen verbrennen. Vorwiegend kommen hier grobe Hackschnitzel und Scheitholz zum Einsatz. Der Holzvergaser arbeitet nach dem Prinzip des unteren Abbrandes. Der Abbrandvorgang unterscheidet sich von der normalen Verbrennung erheblich. Bei normalen Kesseln findet die Verbrennung im Füllschacht statt. Sie erfolgt, wie man es z.B. wie aus einem Kamin kennt, von unten nach oben. Bei den Vergaser-Heizkesseln ist der Verbrennungsvorgang erheblich komplexer. Im oberen Abschnitt des Holzvorrats findet eine Trocknung des Holzes statt. Im mittleren Teil findet die Holzvergasung (Pyrolyse) statt und im unteren drittel läuft eine Vorverbrennung ab. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase werden über eine Düsenkombination mit Sekundärluft angereichert und es kommt zur Hauptverbrennung. Bei Temperaturen um die 1100°C werden auch die schwer brennbaren Bestandteile der Verbrennungsgase verbrannt und damit die Effektivität einer solchen Anlage erhöht. Da auch hier der Verbrennungsvorgang nur in engen Grenzen steuerbar ist, wird die Verwendung eines Pufferspeichers empfohlen, um die zum Zeitpunkt der Verbrennung nicht abgerufene Wärme speichern und damit den Wirkungsgrad der Anlage erhöhen zu können.
Feststoffkessel

Feststoffkessel

In einem Feststoffkessel lassen sich neben Holz auch verschiedene andere Materialen wie Braun-, Steinkohlenbriketts,Torf und Koks verbrennen. Das Brenngut brennt in diesem Fall von unten nach oben ab. Man spricht hier vom Prinzip des oberen Abbrandes. Die für eine saubere Verbrennung notwendige Sekundärluft wird über eine in der Aschtür angebrachte Regelklappe zugeführt. Die weitere Steuerung der Luftzufuhr erfolgt über einen mechanischen Verbrennungsregler, der die Regelklappe entsprechend steuert. Da die Verbrennung nur in engen Grenzen steuerbar ist, wird die Verwendung eines Pufferspeichers empfohlen. Hierbei wird die im Kessel erzeugte Wärme in einem Speicher bis zum Abruf durch einen Verbraucher zwischengespeichert. Die Feststoffbrennkessel lassen sich häufig auch mit einem Öl-/ Gasheizung kombinieren.
Hersteller von Scheitholzheizungen

Künzel

ETA Heiztechnik

Eder Heizungs- und Expansionstechnik

SBS Heizkessel

ARCA Heizkessel

Auf der Webseite DEPV Deutscher Energie-Pellet-Verband e.V. gibt es eine ständig aktualisierte Marktübersicht Scheitholzvergaserkessel / Scheitholz-Pellet-Kombinationskessel.
Pufferspeicher

Wie oben schon erwähnt, brennen die Holzvergaser- und Feststoffkessel den gesamten Brennstoffvorrat auf einmal ab. Bei der Verbrennung gibt die Anlage in relativ kurzer Zeit eine grosse Menge Energie ab, die jedoch von den Verbrauchern im Haus gar nicht benötigt wird. Daher ist es sinnvoll die Energie, die nicht im Gebäude verbraucht wird, in einem Puffer zu speichern. Die Grösse des Puffers richtet sich nach den Leistungszahlen der Anlage. Bei Holzfeuerungen mit einer Leistung ab 15 kW sind Pufferspeicher durch die Bundesimmisionsschutz - Verordnung (BImSchV) sogar vorgeschrieben. Ein grösserer Speicher bietet auch ein Komfortgewinn, weil die Heizung nicht so oft in Betrieb genommen werden muss. Einige Hersteller fordern zur Erfüllung der Garantieleistung ein mindest Puffervolumen.