Die Abbildung zeigt vereinfacht denAufbau des Ofen. Der Innenraum ist durch eine Brennerplatte aus Keramik und einen Rost in zwei Kammern geteilt. Im oberen Bereich, der Oberkammer ist eine Tür, durch die der Ofen mit Holz bestückt wird. Die Kammer ist im Betrieb mit Ausnahme der Lüftungsöffnung nach oben geschlossen.

Der Verbrennungsprozess spielt sich im unteren Bereich ab. Die festen Rückstände fallen durch den Rost in eine Aschenkasten. Diese Öfen funktionieren nur, wenn ein Gebläse ständig Luft in den Innenraum bläst.

Ablauf der Verbrennung

Weder Feststoffe noch Flüssigkeiten können brennen, das ist nur Gasen möglich. Diese entstehen entweder durch feine Verteilung in der Luft, beispielsweise durch Einspritzpumpen die Öl in kleinste Tröpfen zerstäuben oder durch das sogenannte Vergasen. Die Gase entweichen durch Verdunstung oder Wärme.

In Kaminöfen findet das Vergasen in einem Brennraum statt, das Holzgas wird also nicht separat gewonnen. Im Holzvergaserkessel laufen die Vorgänge gezielt ab. Die Oberkammer füllt der Betreiber mit Stückholz. Dann entzündet er ein Feuer, dessen Wärme zunächst das Holz trocknet und dann die Gase entweichen lässt.

Ein Teil der Gase verbrennt in der Oberkammer bei etwas 600° Celsius. Die Gase, die sich nicht so leicht entzünden, brennen in der Unterkammer bei circa 1100° Celsius.

Das Gebläse bewirkt, dass die Gase gezielt mit Sauerstoff versetzt sind und so optimal verbrennen. Außerdem drückt es die Holzgase von der oberen in die untere Kammer und die verbrauchten Gase von dort außen an den Kammern vorbei zum Abluftschacht. Ohne Gebläse könnte der Prozess nicht ablaufen.

Bei diesen Öfen, verbrennt das Holz von oben nach unten, die brennbaren Gase brennen unterhalb des Holzvorrats ab, das dabei verkohlenden Holz liegt zwischen Gas und dem Scheitholz. Daher ist auch die Bezeichnung Sturzbrandofen gebräuchlich.

Typisch ist, dass der natürliche Kamineffekt bei Holzvergaserkesseln nicht stattfindet. Die heißen Gase steigen nicht nach oben, sondern werden vom Gebläse nach unten befördert.Wenn dieses nicht arbeitet, steigen die Gase auf und der der Prozess kommt zum erliegen. Je nach Hersteller sorgen unterschiedliche Gebläse für die nötige Verwirbelung. Möglich ist ein Saugzugventilator im Abgasstrom oder ein Druckgebläse zur Frischluftzufuhr.

Was bei Holzvergaserkesseln zu beachten ist?

Die Kessel sollten im optimalen Bereich betrieben werden, also mit der Nennlast. Um diese zu gewährleisten sind ausreichend große Wassermengen als Wärmespeicher erforderlich. Da moderne Heizkreisläufe meist wenig Wasser enthalten sind entsprechende Pufferspeicher nötig.

In Deutschland schreibt die Bundesimmissionsschutzverordnung (BimSchV) für Holzkessel über 4 kW einen Puffer vor. Die Verordnung verlangt 55 l pro kW Kesselleistung und 12 Liter je Liter Füllschachtvolumen. Diese Werte sind auch einzuhalten, um Fördergelder zu bekommen. Experten raten aber zu mehr als 75 l/ kW und 17-20 Liter je Liter Füllschachtvolumen.

Damit auch in der kältesten Zeit, von Anfang Januar bis Mitte Februar, die Meteorologen als Hochwinter bezeichnen, genügend Wärme zur Verfügung steht, muss die Leistung ausreichend große sein. Mindestes das 1,5-fache der Heizleistung, die für eine Gas- oder Ölheizung als angemessen gilt, ist erforderlich.

Das kostet Heizen mit einem Holzvergaserkessel

Die Heizungskessel verbrauchen für das Gebläse, die Steuerung, Lambda-Sonde und die Umwälzpumpe Strom. Diese Kosten sind natürlich auch zu berücksichtigen. Die Gesamtstromaufnahme liegt je nach Modell zwischen 150 und 200 Watt. Etwa die Hälfte entfällt auf Steuereinheiten und Umwälzpumpen, die während der Heizperiode dauerhaft in Betrieb sind. Das Gebläse ist nur während der relativ kurzen Aufheizzeit angeschaltet. Genaue Angaben sind nicht möglich, es ist mit Beträgen zwischen 80 und 150 Euro für Strom zu rechnen.

Der Energiebedarf je Quadratmeter Wohnfläche beträgt zwischen 15 kWh (Passivhaus) und 200 kWh für einen ungedämmten Altbau. Gute Holzvergaserheizungen haben einen Wirkungsgrad von 85 bis 95%, Brennholz liefert je Raummeter etwa 1900 bis 2100 kWh. Davon sind also 1600 bis 2000 kWh für das Heizen nutzbar.

Um ein Haus mit 100 Quadratmeter Wohnfläche zu beheizen sind demnach 1.500 bis 20.000 kWh erforderlich, der Brennstoff muss 1.600 bis 24.000 kWh Energie enthalten. Im Passivhaus reicht etwas ein Raummeter Holz, für einen Altbau mit schlechter Isolierung sind 10 Raummeter Holz erforderlich. Häuser die zwischen 1977 und 2002 entstanden brauchen in der Regel etwa 10.000 kWh je 100 Quadratmeter, also 5 Raummeter Holz.

Die Einheit Raumeter bezieht sich auf einen Würfel von 1 Meter einem Meter Kantenlänge dicht geschichtetes Holz von 33 cm Länge beziehungsweise ungespaltene Stämme von 1 Meter Länge. Holzgasheizungen können meist mit Scheiten von bis zu 50 cm Länge bestückt werden.

Anmerkung: Um 5 Raumeter Holz zu lagern, ist eine Grundfläche von etwa 5 Quadratmeter erforderlich, in einem kühlen trockenem Raum.

5 Raummeter ofenfertige Buche oder Eiche kosten derzeit (Mai 2017) etwa 600 bis 900 Euro. Wer Kraft, Zeit, Platz und Werkzeug hat, kann einiges Sparen, wenn er Stämme kauft und selbst auf das richtige Maß bringt.

Heizkosten pro Jahr (100 m², Haus etwa 20 Jahre alt):

Strom 80 – 150 Euro

Holz 600 – 900 Euro

Kehrgebühren, Emissionsmessung 60 – 80 Euro

Wartung 150 – 200 Euro

Summe 890 – 1.330 Euro

Es geht weiter mit dem Naturzugkessel

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Der Naturzugkessel

Vorteil: günstiger Anschaffungspreis, Weniger umweltschädlich als mit fossilen Brennstoffen zu heizen

Wirkungsgrad: 65 bis 80%

Verfahren: Das Holzgas entsteht im Brennraum. Verbrennung läuft weniger kontrolliert ab

Komfort: Eine automatischen Beschickung ist nicht möglich. Zumindest einmal pro Tag ist diese Arbeit nötig.

Platzbedarf: Für das Holz ist ein trockener luftiger Raum erforderlich. Lange Lagerzeiten sind sinnvoll, um immer trockenes Holz zur Verfügung zu haben.

Ablauf der Verbrennung

Diese Heizkessel haben kein Gebläse und die Verbrennung läuft in der Regel wie in einem Kamin ab. Das Holz brennt von oben nach unten. Die Kessel kosten etwa ein Drittel bis die Hälfte von Holzvergaserkesseln. Dafür ist der Wirkungsgrad geringer, weil sich die Brennprozesse nicht so gut steuern lassen. Er liegt bei 65 bis 80 %.

Eine Seltenheit sind Naturzug-Holzvergaserkessel, die es mit einem Wirkungsgrad von 85 bis 90 % gibt.

Die Aussagen über den Holzvergaserkessel bezüglich der gesetzlichen Auflagen und der Größe treffen auch auf Naturzugkessel zu. Nur die Kostenrechnung sieht etwas anders aus.

Das kostet Heizen mit dem Naturzugkessel

Die Heizungskessel hat kein Gebläse und braucht daher nur Strom für die Steuerung, Lambda-Sonde und die Umwälzpumpe. Es fallen etwa 60 bis 100 Euro für Strom an.

Der Energiebedarf je Quadratmeter Wohnfläche ist unabhängig von der Art der Beheizung. Er liegt also zwischen 15 kWh (Passivhaus) und 200 kWh (ungedämmter Altbau). Brennholz liefert je Raummeter etwa 1900 bis 2100 kWh von denen der Naturzugkessel etwa 65 bis 80% für das Heizen nutzen kann, das sind 1200 bis 1600 kWh, die aus einem Raummeter nutzbar sind.

Ein Haus von 100 Quadratmetern, das zwischen 1977 und 2001 erbaut wurde, braucht etwa 10.000 kWh. Damit sind also circa 6 bis 8 Raummeter pro Heizsaison erforderlich.

Anmerkung: Um 6 bis 8 Raumeter Holz zu lagern, ist eine Grundfläche von etwa 6 bis 8 Quadratmeter in einem kühlen trockenem Raum erforderlich.

6 bis 8 Raummeter ofenfertige Buche oder Eiche kosten derzeit (Mai 2017) etwa 840 bis 1.260 Euro.

Heizkosten pro Jahr (100 m², Haus etwa 20 Jahre alt):

Strom 60 – 100 Euro

Holz 840 – 1.260 Euro

Kehrgebühren, Emissionsmessung 60 – 80 Euro

Wartung 150 – 200 Euro

Summe 1.110 – 1.640 Euro

Es geht weiter mit dem Holzpelletkessel

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Der Holzpelletkessel

Vorteil: wirtschaftlich und weniger Schadstoffe als andere Feststoffheizungen, teurer als Holzvergaserkessel

Wirkungsgrad: 85 bis 95 % mit Brennwerttechnik bis 106%

Verfahren: Pellets werden dem Brennraum automatisch zugeführt und die Asche fällt in einen Aschekasten. Abbrand erfolgt je nach System unterschiedlich

Komfort: Fast so hoch wie bei Öl- und Gasheizungen, im Abstand von einigen Wochen sind einfach Reinigungsarbeiten nötig und das Entsorgen der Asche.

Platzbedarf: Pellets lassen sich in Außensilos lagern

Aufbau der Pelletheizung

Die Hersteller haben sehr unterschiedliche Pelletheizkessel entwickelt. Ihnen ist gemeinsam, dass der Brennstoff automatisch in den Mengen zugeführt wird, wie er für die Verbrennung nötig ist. Die Pellets befördert eine System von Lager zu einem Tank, der mit der Brennkammer verbunden ist. Eine Rückbrandsicherung verhindert, dass sich das Feuer in den Vorratsbehälter ausdehnen kann. Durch Unterdruck im Brennraum können keine schädlichen Gase in den Heizungsraum gelangen.

Die verschiedenen Abbrandsysteme

Fallschachtfeuerung: Die Pellets rutschen über eine Rinne in einen Brennertopf. Dieser sorgt dafür, dass die Verbrennung zu genau definierten Bedingungen abläuft. Der Prozess lässt sich aus diesem Grund gut steuern.

Unterschubfeuerung: Eine Förderschnecke schiebt die Pellets von unten auf einen Brennteller. Diese verbrennen, die nachrückenden Pellets drücken die Asche über den Rand des Tellers in einen Aschebehälter.

Quereinschubfeuerung: Auch bei dieser Art gelangen die Pellets mit einer Förderschnecke auf den Brennteller. Die Zufuhr erfolgt aber von der Seite. Bei diesen Kesseln gibt es die Option die Abläufe auch an einen Teillastbereich anzupassen.

Walzenrostsystem: Die Pellets fallen von oben auf mehrere Stahlscheiben die in geringen Abständen stehen. Diese drehen langsam, damit ein Abstreifkamm bei jeder Umdrehung die Zwischenräume säubert und die Asche nach unten durchfällt. Gleichzeitig steigt Luft für die Verbrennung nach oben.

Sturzbrandtechnik: Die Pellets fallen von oben auf einen Rost. Durch ein Gebläse werden die Flammen durch diesen gezogen. Durch die sehr kontrollierte Verbrennung entsteht sehr wenig Asche.

Bei allen Verfahren fällt die Asche in einen Aschekasten. Aus diesem Grund ist das Entfernen der Asche in großen Zeitintervallen möglich.

Was bei Holzpelletskesseln zu beachten ist?

Im Vergleich zu Gas und Öl haben die Kessel eine lange Aufheizzeit, in der sie nicht im optimalen Wirkungsbereich arbeiten. Sie lassen sich aber besser als Scheitholzkessel auf Teillastbereich einstellen. Trotzdem ist es sinnvoll mit großen Pufferspeichern zu arbeiten und auf diese Art häufiges Aufheizen zu verhindern.

Das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) schreibt vor, dass bis 2020 mindestens 14 Prozent der Wärme in Deutschland mit erneuerbaren Energien zu erzeugen sind. Pellets gehören zu diesen Energiequellen.

Das Bundes-Immissionsschutzgesetz (Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen – 1. BimSchV) schriebt Grenzwerte für Feinstaub und Kohlenmonoxid vor. Dieser beträgt für Feinstaub 0,02 g/m3 (20 mg /m3) und für Kohlenmonoxid 0,4 g/m3 betragen.

Die Hersteller geben oft die Feinstaubemission bezogen auf die Heizleistung an. Gute Anlagen erreichen im Normbetrieb weniger als 30 mg/kWh. Dies entspricht etwa 13 mg/m3. Pelletheizungen mit Brennwerttechnik erzeugen noch weniger Feinstaub.

Das kostet Heizen mit einem Pelletkesseln

Für die Steuerung und die Umwälzpumpe sind etwa für 60 bis 100 Euro Strom erforderlich. Aber es fallen weiter 100 bis 200 Euro für den Betrieb der Schnecke an, welche die Pellets zum Kessel befördert.

Je Quadratmeter Wohnfläche beträgt der Energiebedarf zwischen 15 kWh (Passivhaus) und 200 kWh (ungedämmten Altbau). Zm besseren Vergleich geht es wieder um 100 Quadratmeter Wohnfläche für die 10.000 kWh Heizwärme nötig sind.Bei einem Wirkungsgrad von 90% müssen die Pellets also 11.000 kWh Energie liefern. Je kg haben diese bei 20% Restfeuchte einen Heizwert von 4,8 kWh. Es sind also 2,3 t Pellets für eine Heizsaison nötig, etwa 2 Kubikmeter. Diese kosten mit Stand vom Mai 2017 zwischen 230 und 250 Euro je Tonne, insgesamt also 530 – 600 Euro

Heizkosten pro Jahr (100 m², Haus etwa 20 Jahre alt):

Strom 160 – 300 Euro

Pellets 530 – 600 Euro

Kehrgebühren, Emissionsmessung 60 – 80 Euro

Wartung 150 – 200 Euro

Summe 900 – 980 Euro

Es geht weiter mit dem Hackschnitzelkessel

Der Hackschnitzelkessel

Vorteil: wirtschaftlich und weniger Schadstoffe als andere Feststoffheizungen, geringe Brennstoffkosten. (eher für Mehrfamilienhäuser geeignet)

Wirkungsgrad: 80 bis 93 %

Verfahren: Automatische Zufuhr der Hackschnitzel, Asche sammelt sich in einem Behälter. Abbrand ist ähnlich wie bei Pelletheizungen möglich.

Komfort: Fast so hoch wie bei Öl- und Gasheizungen, im Abstand von mehren Monaten sind einfache Reinigungsarbeiten nötig und das Entsorgen der Asche.

Platzbedarf: Hackschnitzel lassen sich in Außensilos lagern. Erheblicher Platzbedarf

Aufbau der Hackschnitzelheizung

Ein automatisches Fördersystem führt den Brennstoff aus dem Lager dem Heizkessel zu. Dort verbrennt das Material zu Asche, die automatisch in eine große Tonne fällt. In der Regel reicht es diese einmal im Quartal zu leeren.

Was bei Hackschnizelkesseln zu beachten ist

Wie bei allen Holzheizungen ist sind großer Puffer nötig, da der Wirkungsgrad und damit die Effizienz davon abhängt, in welchem Lastbereich die Heizung fährt. Auch sind die Aufheizzeiten recht lang. Optimal ist daher, wenn die Heizung über einen langen Zeitraum in Volllast läuft und die Wärme gespeichert wird, um sie bei Bedarf abzurufen.

Ökologisch gesehen ist das Heizen mit Hackschnitzel sehr sinnvoll. Es handelt sich um einen nachwachsenden Rohstoff und gleichzeitig um ein Gut, dass für keine andere Verwendung taugt.

Mit entsprechenden Filtern und einer guten Steuerung sind die gesetzlichen Vorschriften problemlos einzuhalten.

Das kostet Heizen mit einem Hackschnitzelkessel

Der Strom für die Steuerung und die Umwälzpumpe kostet etwa 60 bis 100 Euro. Aber die Förderanlage verbraucht Strom für 200 bis 300 Euro im Jahr.

Zum besseren Vergleich betrachten wir wieder 100 Quadratmeter Wohnfläche für die 10.000 kWh Heizwärme erforderlich sind. Es ist aber zu beachten, das Hackschnitzelheizungen erst ab 20 kW wirtschaftlich sinnvoll zu betreiben sind, also größere Objekte beheizen.

Bei einem Wirkungsgrad von 85% müssen die Hackschnitzel also etwa 12.000 kWh Energie liefern. Je kg haben diese bei 20% Restfeuchte einen Heizwert von 4 kWh. Es sind also 3 t Hackschnitzel je Heizsaison nötig. Das sind 17 Schüttraummeter zu je 22-30 Euro, also 374 – 510 Euro.

Heizkosten pro Jahr (100 m², Haus etwa 20 Jahre alt):

Strom 260 – 400 Euro

Hackschnitzel 374 – 510 Euro

Kehrgebühren, Emissionsmessung 60 – 80 Euro

Wartung 150 – 200 Euro

Summe 844 – 1.190 Euro