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Holzheizung

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Datei:Wasserführender Holzvergaserkofen.jpg
Mischtyp einer Holzheizung: Wasserführender Ofen mit Anschluss an das Zentralheizungssystem, Aufstellung im Wohnraum, Verbrennung in Holzvergasertechnik mit Naturzug

Eine Holzheizung verbrennt Holz und erzeugt dadurch Wärme zum Beheizen von Räumen und Gebäuden.

Je nach Heizungstyp werden als Brennstoff (genauer: Biogene Festbrennstoffe, Brennholz) beispielsweise Stückholz, Holzbriketts, Holzpellets oder Hackschnitzel verwendet. Holzheizungen können Wärme für ein ganzes Haus (Zentralheizung) oder für einen einzelnen Raum bereitstellen. Teilweise dienen sie auch nur der Unterstützung der Heizung und werden nur gelegentlich betrieben (z. B. Kamine). Versorgt eine Anlage ein großes oder mehrere Gebäude, wird dagegen von einem Heizwerk bzw. Biomasse- oder Holzheizwerk gesprochen.

Die Emissionen durch Holzheizungen (Feinstaub, Kohlenmonoxid, Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), etc.) haben in den Jahren durch die stark gestiegene Nutzung von Holz als Brennstoff zugenommen. Wie in anderen Bereichen auch (Verkehr, konventionelle Heizungen), werden Gesetze und Verordnungen zur Begrenzung dieser Emissionen erlassen. Für Kleinfeuerungsanlagen werden insbesondere durch die 1. Bundes-Immissionsschutzverordnung (1. BImSchV) entsprechende Grenzwerte festgelegt.

Einzelraumbefeuerung

Datei:Holzofen 274953.jpg
einfacher Holzofen

Einige Typen von Holzheizungen dienen dem Beheizen nur einzelner Räume.

Kamin

(siehe auch Hauptartikel Kamin)

Ein Kamin ist eine Vorrichtung zum Beheizen und dezenten Beleuchten eines Raums. Kamine sind vollständig in die Raumwand eingelassen oder ragen ein kleines Stück in den Raum hinein. Der Feuerraum ist häufig zum Wohnraum hin offen und gibt die Wärme direkt an die Raumluft ab. Durch die hohe und nicht regelbare Luftzufuhr entstehen bei der Verbrennung verhältnismäßig viele Schadstoffe, die mit den anderen Abgasen über einen Schornstein abgeführt werden. Bei verschlossenen Kaminen (Sichtscheibe) ist die Luftzufuhr regelbar, so dass der Wirkungsgrad höher liegen kann. Kamine können über eine Warmluftumwälzung verfügen, die den Wirkungsgrad ebenfalls steigert bzw. die Heizleistung erhöht.

Kaminofen

(siehe auch Hauptartikel Kaminofen)

Ein Kaminofen ist ein Ofen für fossile oder biogene Brennstoffe. Meist sind Kaminöfen nicht in der Wand eingebaut sondern im Wohnraum freistehend und verfügen über eine geschlossene Brennkammer. Sie sind aus Gusseisen oder Stahlblech gefertigt und haben oft Glasscheiben für freie Sicht in den Feuerraum. Kaminöfen sind Dauerbrandöfen, die durch eine Tür manuell mit Brennstoffen befeuert werden. Die Luftzufuhr lässt sich meist über Schieberegler oder Luftklappen regeln. Der Wirkungsgrad der leistungsfähigsten Kaminöfen erreicht über 80 %.

Kachelofen

(siehe auch Hauptartikel Kachelofen)

Ein Kachelofen ist im Allgemeinen ein aus Schamottesteinen gesetzter Zimmerofen, der mit Briketts oder Holz geheizt wird und mit Kacheln verkleidet ist. Ein Kachelofen wird auch Speicherofen genannt, weil er meist nur kurzzeitig bei voller Auslastung beheizt wird. Der hohe Anteil an Speichermasse (z.B. Ton, Kacheln usw.) nimmt Wärme auf, speichert diese und gibt sie bei einer Temperatur von 80 bis 125 °C an die Luft ab.

Kachelofen zur Heizungsunterstützung

Durch den geringer werdenden Wärmebedarf moderner Ein- und Zweifamilienhäuser gewinnt die Unterstützung der Zentralheizung durch einen ohnehin geplanten Kachelofen zunehmend an Bedeutung. Das Funktionsprinzip ist dabei recht einfach: Im Heizeinsatz des Kachelofens wird Wasser an Wärmetauscherflächen erwärmt und bei Erreichen einer vorher eingestellten Mindesttemperatur (meist um 65 °C) in einen Pufferspeicher gepumpt. Der Inhalt des Pufferspeichers bewegt sich meist zwischen 500 und 1.000 Litern, abhängig von der Leistung des wasserführenden Kachelofens oder anderer Quellen (z.B. Solaranlage), die gleichzeitig angeschlossen werden können. Der Pufferspeicher übernimmt quasi die Funktion eines Akkus. So kann je nach Wärmebedarf ein Einfamilienhaus noch über einen längeren Zeitraum mit Wärme versorgt werden, ohne dass der Kachelofen ständig in Betrieb sein muss. Bei wassergeführten Kachelöfen haben sich im Laufe der Jahre hauptsächlich zwei verschiedene Systeme durchgesetzt. Nachgeschaltete Wärmetauscher nutzen die im Abgas des Ofeneinsatzes vorhandene Rauchgastemperatur während so genannte Kesselgeräte das Warmwasser direkt im wasserumspülten Brennraum erzeugen. Welches System im Einzelfall geeignet ist, hängt vom Verhältnis des Wärmebedarfs im Aufstellraum des Ofens zur benötigten Wasserleistung ab. Eine falsche Auslegung der Anlage kann zum Überheizen des Aufstellraums führen, während die Wasserleistung zu gering ausfällt, um damit den Pufferspeicher zu bedienen. Umgekehrt kann es zum Überladen des Pufferspeichers kommen, während im Aufstellraum des Kachelofens nicht genügend Leistung zur Beheizung zur Verfügung steht. Meist eignen sich Kachelöfen mit nachgeschaltetem Wasserregister eher für den Altbau mit hohem Wärmebedarf im Aufstellraum des Ofens und leichter Heizungsunterstützung. Kesselgeräte kommen hingegen eher in modernen Niedrigenergiehäusern zum Einsatz, wenn nur geringe Ofenleistung aber dafür mehr Wasserleistung zum Bedienen eines großen Pufferspeichers gefragt sind. In dieser Auslegung eignen sich dann wasserführende Kachelöfen in Verbindung mit einer Solaranlage durchaus als Alleinheizung für einen kleinen Haushalt mit 2 bis 4 Personen.

Koch-Heiz-Herd bzw. Heizungsherd

Ein Heizungsherd ist ein Kaminofen mit integrierter Kochstelle und gelegentlich auch mit Backfach. Modelle, die wasserführend sind, können an die Heizungsanlage angeschlossen werden und versorgen so einen Heißwasserspeicher, Pufferspeicher und/oder das Wohnhaus mit Wärme. Heizungsherde bieten, ebenso wie Kaminfeuer, die Möglichkeit, das Feuer im Brennraum zu betrachten. Nach der neuen Ersten Bundesimmissionsschutzverordnung (1.BImSchV) sind in Deutschland für Heizungsherde Wirkungsgrade von 75 % vorgesehen. Neben der Anwendung in Wohnhäusern werden sie in Ferienhäusern auch zur Komplettheizung eingesetzt. In Europa erfolgt die Sicherheits- und Emissionsprüfung einheitlich gemäß der DIN EN 12815.

Wirkungsgrad-Verbesserung

Der Wirkungsgrad der o.g. Öfen kann durch einen Abgaswärmetauscher verbessert werden, mit dem die Öfen in die Zentralheizung eingebunden werden.

Zentralheizungskessel

Datei:1m Stueckholzheizung.jpg
Stückholzheizung für 1-Meter Spälten
Datei:Hargassner.JPG
Holzhackschnitzelheizung, 45 kW, Hackschnitzelzufuhr durch quadratisches Rohr im Bild
Datei:Brennraum.JPG
Brennerraum einer Holzhackschnitzelheizung, Schnecke (Mitte oben) dient zur Ascherückfuhr in den Brennerraum

Als Zentralheizungskessel werden Heizungen bezeichnet, die mehrere Räume oder ein ganzes Gebäude beheizen können. In der Regel dient Wasser wegen seiner guten Eignung (gut verfügbar, ungefährlich, hohe spezifische Wärmekapazität) als Wärmeträger bzw. -überträger und in Pufferspeichern oft auch als Wärmespeicher.

Holzvergaserkessel

(siehe auch Hauptartikel Holzvergaser)

Holzvergaserkessel haben einen höheren Wirkungsgrad und deutlich niedrigere Emissionswerte als die Naturzugkessel, da ein geregeltes Gebläse für die richtige Luftzufuhr bei der Verbrennung sorgt. Der Holzvergaserkessel wird einmal beschickt (gefüllt) und brennt dann über mehrere Stunden aus. Ideal ist die Kombination mit einem größeren Pufferspeicher, da der Kessel dann über die gesamte Brenndauer im energetisch günstigen Volllastbetrieb arbeiten kann. Die gespeicherte Wärme kann anschließend über einen längeren Zeitraum (mehrere Tage) bedarfsgerecht abgerufen werden.

Naturzugkessel

Naturzugkessel werden durch die mit einem Thermostat verbundene oder von Hand eingestellte Öffnung einer Klappe geregelt. Dadurch ist es zwar möglich, die Leistung zu regeln, es kommt jedoch zu unvollständiger Verbrennung und damit erhöhten Emissionen (Kohlenmonoxid, etc.). Auf jeden Fall muss ein Pufferspeicher zugeschaltet werden können, falls die Heizenergie über dem Bedarf liegt. Diese Kessel sind sowohl als Alleinheizung oder auch kombiniert mit einer bestehenden Öl-, Gas- oder Pelletheizung einsetzbar.

Holzpelletkessel

(siehe auch Hauptartikel Pelletheizung)

Holzpelletkessel bieten den Komfort der klassischen Öl- oder Gasheizung, weil der Betrieb automatisierbar ist (Beschickung durch Förderschnecke, Entzündung durch Heißluft und Kesselreinigung durch Rütteln). Aufgrund des definierten Grades an Restfeuchte der Holzpellets und geregelter Verbrennung entstehen geringe Aschemengen. Moderne Pelletheizungen haben einen höheren Wirkungsgrad und geringere Abgaswerte als andere Holzfeuerungen.

Hackschnitzelkessel

(siehe auch Hauptartikel Hackschnitzel)

Holzhackschnitzelkessel bieten ebenfalls den Komfort der klassischen Öl- oder Gasheizung, weil der Betrieb automatisiert ist (Beschickung mit Holzhackschnitzeln durch Förderschnecke, Entzündung durch Heißluft und Kesselreinigung durch Rütteln). Aufgrund der geregelten Verbrennung (mittels Lambdasonde) entstehen geringe Aschemengen.

Emissionen von Holzheizungen

Datei:AB Schwh HolzH.JPG
Abgasfahne einer Holzfeuerung

Die Emission von Feinstaub, polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und Ruß bei Holzheizungen hängt von der Auswahl des Kessels ab, ist jedoch auch bei Verwendung erlaubter Brennstoffe deutlich höher als bei Gas- oder Ölheizungen vergleichbarer Leistungen. Die Abgaszusammensetzung, insbesondere die Gehalte an Sauerstoff oder Kohlendioxid sowie die Abgastemperatur, ermöglicht die Berechnung des Wirkungsgrades der Holzheizung.

Sichtbar werden Emissionen durch kondensierenden Wasserdampf, der durch die PAK-haltigen Ruß- oder Aschepartikel geschwärzt wird. Kohlenmonoxid und Kohlendioxid sind unsichtbar. Eine quantitative Bestimmung der Schadstoffe ist nur messtechnisch möglich, die sichtbare Rauchbildung ermöglicht Rückschlüsse auf die Verbrennungsqualität.

Für die Emission von Kohlenmonoxid (CO) wurden ebenfalls Grenzwerte festgelegt. CO gefährdet nur bei defekten Anlagen Personen im Gebäude. In der Atmosphäre wird es schnell verdünnt.

Das von Holzheizungen freigesetzte Kohlendioxid wird zuvor während des Wachstums vom Baum aufgenommen und ist somit Teil des Kohlenstoffzyklus. Die CO2-Bilanz ist bei langen Transportwege, z. B. aus Amerika, nicht mehr ausgeglichen. Wird der Holzbrennstoff durch Abholzung gewonnen, verschlechtert sich die CO2-Bilanz weiterhin, weil nicht nur die Verbrennung CO2 freisetzt, sondern auch eine weitere CO2-Aufnahme durch den Baum nicht mehr stattfindet.[1]

Deutschland

In Klein-Holzheizungen (private Kamine oder Öfen bis zu einer Nennleistung von 15 kW) dürfen nur die in § 3 der 1. BImSchV, Nr. 1 - 4 sowie 5a genannten Brennstoffe verwendet werden, also naturbelassenes, stückiges oder zu Presslingen verarbeitetes Holz. Die Verbrennung lackierter, gestrichener oder imprägnierter Hölzer ist verboten.

Weitere Schadstoffe werden evtl. durch die verbotene Verbrennung chemisch behandelter Hölzer freigesetzt. Die Verbrennung behandelter Hölzer kann nachträglich durch eine Rußprobe nachgewiesen werden, eine Überprüfung findet aber nur im Verdachtsfalle statt.

Seitdem die in der 22. BImSchV im Jahre 2002 festgelegten Grenzwerte für Feinstaub in Deutschland verbindlich sind (ab 1. Januar 2005), werden gesetzliche und technische Maßnahmen zur Begrenzung der Feinstaubemissionen von Holzheizungen diskutiert. Mit der am 3. Dezember 2009 beschlossenen und ab Januar 2010 gültigen Novellierung der 1. Bundes-Immissionsschutzverordnung (1. BImSchV, Kurztitel: Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen) wurden Grenzwerte für Feinstaub (0,10 g Staub/m3) und andere Schadstoffe festgelegt. Ab 2015 gilt für Neuanlagen eine Verschärfung (0,02 g Feinstaub/m3).[2]

Grenzwerte gelten für Anlagen ab 4 kW Leistung, ausgenommen Einzelraum-Feuerungsanlagen. Darüber hinaus erlassen Kommunen bereits heute Auflagen bei der Errichtung bis hin zu Verboten. In einer Vorreiter-Rolle sieht sich seit 2012 v.a. die Stadt Aachen. "Die Anzahl der Holzfeuerungen steigt dramatisch", betont Klaus Meinert vom städtischen Umweltamt. Deshalb wolle man die für 2015 geplanten Vorschriften des Bundes (s. oben) bereits jetzt in Kraft setzen. Man stützt sich dabei u.a. auf eine Aussage von Barbara Hofmann, Prof. am Leibnitz-Institut für Umweltmedizin in Düsseldorf: "Auch nur geringe Belastungen an Feinstaub können eine Gesundheits-Gefährdung darstellen".[3]

Von technischer Seite ist vor allem an eine Regelung der Verbrennungstemperatur und an eine Rauchgasreinigung zu denken.

Schweiz

Seit 1. September 2007 ist die revidierte Luftreinhalteverordnung (LRV) in Kraft und setzt neue Grenzwerte für die Feinstaubemissionen von Holzfeuerungen.

Länder

Deutschland

In Deutschland wurden in 2008 rund 103,8 TWh Wärme aus erneuerbaren Energien bereitgestellt, was einen Anteil von 7,4 % an der gesamten Wärmebereitstellung ausmacht. 55,7 % dieser erneuerbaren Energie (4,1 % der gesamten Wärmebereitstellung) machten biogene Festbrennstoffe - wie vor allem Holz - aus, die in Haushalten genutzt wurden.[4]

Von 54,7 Mio. Festmeter (Fm) energetisch genutztem Holz (Wärme- und Stromerzeugung) in 2008 wurden 25,2 Mio. Fm (46 %) in privaten Haushalten in Holzheizungen verwendet.[4]

2007 lag die Zahl der Feuerungen in privaten Haushalten bei über 9 Mio. 97 % davon waren Einzelfeuerstätten. 2/3 von ihnen wurde mit Scheitholz aus dem Wald betrieben. Bei Berücksichtigung von anderen Holzquellen lag der Anteil von stückigem Holz sogar bei über 80 %. Die Nutzung von Pellets und Hackschnitzeln macht noch einen vergleichsweise geringen Anteil aus, wächst aber stark. Die Anzahl der Holzfeuerungen insgesamt nimmt zu. Zudem werden vorhandene Anlagen intensiver bzw. häufiger genutzt, um Heizöl- und Erdgaskosten einzusparen.[5]

Schweiz

Holz ist nach der Wasserkraft die zweitwichtigste erneuerbare Energie der Schweiz.

Vom jährlichen Holzzuwachs in den Schweizer Wäldern wurde 2006/07 etwas mehr als die Hälfte genutzt. Würde das Potenzial ausgeschöpft, könnte Holz 5% des gesamten Energieverbrauchs oder 10% des Wärmebedarfs decken.

Insgesamt deckte die Holzenergie 2005 rund 3,4 % des Gesamtenergiebedarfs oder rund 7 % des Wärmebedarfs. Die installierten Heizungen nutzten 2007 rund 3,8 Millionen Kubikmeter Holz zur Energiegewinnung.

Seit 1990 hat sich die Anzahl automatischer Holzheizungen in der Schweiz beinahe verdreifacht, ihr Holzverbrauch stieg anderthalb- bis zweifach. Daher tragen inzwischen auch in der Schweiz schlecht betriebene kleine Holzfeuerungen im Jahresmittel mehr zur Feinstaubbelastung bei als der Straßenverkehr.[6]

Bei den Holzheizungen mit mehr als 50 kW Leistung stehen 19% aller Anlagen der Schweiz im waldreichen Kanton Bern, gefolgt von Zürich (12 %) und Luzern (11 %). Auch bezüglich der gesamthaft installierten Leistung liegt Bern mit 15 % an der Spitze, vor Zürich (13 %) und Luzern (10 %). Dies erklärt sich auch dadurch, dass überwiegend Personen aus dem ländlichen Raum mit Holz heizen.

Einzelnachweise

  1. P. Fairley: "Europe Looks to North America's Forests to meet Renewable Energy Goals", Emissions reductions may prove smaller and slower than once expected, IEEE Spectrum, April 2012
  2. 1.BImschV, Fassung 2009 (PDF; 579 kB)
  3. Deutschlandfunk: Umwelt und Verbraucher vom 12. April 2012, 11.30 Uhr
  4. 4,0 4,1 Bioenergie - Basisdaten Deutschland (Stand Oktober 2009), Infobroschüre der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Gülzow, 14-seitiges pdf-Dokument
  5. Handbuch: Bioenergie-Kleinanlagen, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Gülzow (2007), zweite, vollständig überarbeitete Auflage, ISBN 3-00-011041-0
  6. Möglichkeiten zur Emissionsreduktion für kleine Feuerungen abgerufen am 28. Januar 2012

Weblinks


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