Projekt "Wood Stoves 2020" zielt auf verbesserte Heiztechnik

Kleine Holzöfen sollen sauberer werden

Holzöfen geraten zunehmend in die Kritik. Ein europäisches Forschungsprojekt sucht Lösungen. © RIKA

Acht europäische Partner entwickeln gemeinsam Techniken, um kleine Holzöfen in punkto Abgas- und Feinstaubemissionen sowie Effizienz zu verbessern. Ein Ergebnis des Projekts "Wood Stoves 2020" ist ein hocheffizienter Low-Emission-Kaminofen mit integriertem Wärmespeicher, der nächstes Jahr auf den Markt kommen soll.

Vier wissenschaftliche Einrichtungen und vier Unternehmen aus Deutschland, Österreich, Schweden und Dänemark haben im Projekt zusammengearbeitet. Dabei hat sich gezeigt, dass eine stärkere Automatisierung der bislang rein manuell bedienten Öfen der Schlüssel für weniger Emissionen und mehr Effizienz ist. Unterstützung erhielten die Institute und Unternehmen jeweils von ihren nationalen Förderern. So bekamen deutsche Spezialist für Abgastechnik Kutzner + Weber und das Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ) Mittel vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aus dem Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe.

Kleine Holzfeuerungen wie Pellet-Wohnraumöfen oder mit Scheitholz beheizte Kaminöfen im Leistungsbereich bis 20 kW sind aktuell und in näherer Zukunft die am weitesten verbreitete erneuerbare Wärmequelle in Europa, so die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR). Nahezu 1,85 Millionen dieser Öfen würden jedes Jahr verkauft und bescherten den Herstellern einen Umsatz von etwa 2,6 Milliarden Euro. Doch es mehrt sich auch die Kritik an zu hohen Emissionen und mangelnder Effizienz. So beschränkt sich bei den manuell bedienten Kaminöfen die Beeinflussung der Verbrennung - von der Brennstoffauswahl abgesehen - auf das Öffnen und Schließen von Lüftungsklappen. Verantwortlich dafür ist der Nutzer. Erfahrungsgemäß kommt es an dieser Stelle zu vielen Bedienungsfehlern, die die Emissionen häufig stark erhöhen.

Regelung der Luftzufuhr wird automatisiert

Stillstandsverluste durch geöffnete Luftzufuhr nach dem Heizen können erhebliche Wärmeverluste aus dem Aufstellraum bewirken. Schließt der Betreiber die Luftzufuhr während des Heizbetriebs hingegen zu früh, sind hohe Emissionen eine mögliche Folge. Das zeigen die Arbeiten am TFZ. Zusammen mit dem Partner Kutzner + Weber haben die Forscher im Rahmen des Projekts "Wood Stoves 2020" eine Lösung dieses Problems entwickelt: Selbstschließende Klappen im Zuluftkanal können den Partnern zufolge jährlich bis zu einem halben Kubikmeter Holz sparen.

Noch wirksamer sei es, wenn solche Luftklappen gleich auch die eigentliche Luftsteuerung übernehmen. Der Ofen-Hersteller RIKA und das Ingenieurbüro BIOS aus Österreich entwickelten deshalb im Projekt eine vollautomatische Steuerung der Luftzufuhr, basierend auf einem Temperatursensor und elektronisch verstellbaren Luftverteilungsklappen. Im Ergebnis ließen sich damit vor allem gasförmige Schadstoffemissionen deutlich verringern und die Effizienz um 2 Prozentpunkte steigern.

Neuartiger PCM-Wärmespeicher ermöglicht hohe Effizienz

Eine noch sehr viel größere Effizienzsteigerung gelang RIKA und BIOS mit Hilfe eines neu entwickelten Wärmespeichers. Sie setzten dazu auf sogenannte Phasenwechselmaterialien, auch "phase change material" oder PCM genannt. PCM speichern mit der Änderung ihres Aggregatzustandes, zum Beispiel von fest zu flüssig, große Mengen Wärmenergie und geben diese zeitverzögert wieder ab. Ihre Anwendung im Bereich der Einzelraumfeuerungen ist neu. RIKA und BIOS konnten im Projekt erfolgreich den Prototypen eines Low-Emission-Kaminofens mit integriertem PCM-Speicher bauen, dessen Herstellung 2018 in Serie gehen soll. Sein Wirkungsgrad liegt bei über 90 Prozent, während gute Anlagen derzeit im Schnitt nur 82 Prozent erreichen.

Weniger erfolgreich waren die Versuche der drei Forschungspartner TFZ, BIOS und RISE, Hochtemperaturkatalysatoren direkt in der Haupt- oder der Nachbrennkammer zu installieren. Im Ergebnis konnten zwar die Aggregate in der Hauptbrennkammer mit den katalytisch aktiven Metallen Platin und Palladium CO (Kohlenmonooxid) um bis zu 73 Prozent und organischen, gasförmigen Kohlenstoff um bis zu 38 Prozent reduzieren. Doch ihre Wirksamkeit ließ im Laufe der 100-stündigen Testphase teilweise deutlich nach. In einem Winter ist ein häufig genutzter Kaminofen jedoch mehrere 100 Stunden und länger in Betrieb. Für eine umfassende Bewertung der Katalysatoren wären zusätzliche Tests über eine gesamte Heizperiode erforderlich.

Die schwedische Forschungseinrichtung RISE und der Ofenhersteller NIBE untersuchten zusammen mit BIOS die Eignung verschiedener Abgas-Sensoren zur Kontrolle des Verbrennungsprozesses. Im Ergebnis waren Lambda-Sonden, CO-Sensoren und kombinierte O2/CO-Sensoren grundsätzlich gut für diese Aufgabe geeignet, die beiden letzteren sind aber für einen breiteren Einsatz bei kleinen Öfen derzeit oft noch zu teuer.

Nachrüstsystem amortisiert sich nach sechs Jahren

Die vom BMEL geförderten Partner TFZ und Kutzner + Weber testeten außerdem verschiedene auf dem Markt erhältliche, elektronisch gesteuerte (halbautomatische) Zuluftsteuerungen und rein mechanische Zugbegrenzer, die am Ofen bzw. am Schornstein eingebaut werden und auch nachrüstbar sind. Im Ergebnis zeigten die automatisierten Systeme bei der Emissionsminderung Vorteile, ausgenommen lediglich die Minderung von Partikelemissionen. Auch die Effizienz der Öfen ließ sich mit ihnen steigern. Die Projektpartner errechneten, dass sich die Anschaffung des kostengünstigsten, für rund 276 Euro erhältlichen Systems nach etwa sechs Jahren durch die Brennstoffeinsparung amortisieren könnte. Voraussetzung dafür sei jedoch eine Anpassung der Luftklappe: Aktuell verschließt sie das Abgasrohr zu maximal 92 Prozent, erforderlich wäre aber ein 100-prozentiger Verschluss. Quelle: FNR / sth

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