Holzpellet-Feuer ohne Flamme: fast kein Feinstaub im Abgas

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Zur Reinhaltung der Luft gibt es bei Holzpellet-Heizungen neben der Abscheidung eine zusätzliche Option – die Verbrennung ohne Flamme, sodass Feinstaub im Abgas erst gar nicht entsteht. In Kombination mit Brennwertnutzung werden zudem sehr hohe Nutzungsgrade erreicht.

Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Der Pellet-Heizkessel im Vereinsheim des SSC Donaueschingen kann Feinstaub im Abgas durch die flammenlose Oxidation ZeroFlame nahezu komplett vermeiden. Auch bei einer dynamischen Leistungsabnahme werden sehr geringe Emissionswerte erreicht.
■ Der Brennstoff wird in einem aus Betonteilen vorgefertigten unterirdisch eingebauten Pelletspeicher vorgehalten. Die Pelletentnahme in den Zuführbehälter des Heizkessels erfolgt automatisch gesteuert über den mitgelieferten Saugroboter „Maulwurf“.
 

Mit der in den letzten Jahren deutlich gestiegenen Quote des Holzbaus in Deutschland hat der Bedarf an Schnittholz ebenfalls zugelegt. Zwangsläufig erhöht dies die dabei entstehende Menge an Sägemehl und Restholz – der Ausgangsstoff für das Pressen von Holzpellets. 2018 lag die Holzbauquote nach Angabe des statistischen Bundesamts bei 17,8 % und vier Jahre später schon bei 21,3 % – und das nicht nur im Wohnungsbau.

Nichtwohngebäude mit „überwiegend verwendetem Baustoff Holz“ lagen bei den Baugenehmigungen 2018 und 2022 gleichauf mit Wohngebäuden [1]. Diese Tendenz wird allgemein begrüßt, da sie den Bedarf an Baustoffen mit schlechterer Ökobilanz wie Stahl und Beton verringert. Zu den Nichtwohngebäuden aus Holz zählt das im November 2023 fertiggestellte Vereinsheim des Schellenberg-Sportclubs Donaueschingen (SSC).

Holzpelletlager aus Betonfertigteilen

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Die Heizungstechnik im Gebäude des SSC entspricht den Zielen der Nationalen Luftreinhaltungsstrategie [2] und übertrifft die Vorgaben der zweiten Stufe der 1. Bundes-Immissionsschutz-Verordnung (1. BImSchV), die zum 1. Januar 2025 in Kraft tritt. Dort stehen unter anderem Kaminöfen älterer Bauart im Fokus. „Automatisch betriebene Heizkessel für Holzpellets sind immer schon effektiver und sauberer in der Verbrennung, sie spielen in einer ganz anderen Liga“, weiß Martin Lienhard. Er ist Mitglied im Verein SSC und gewählter Stadtrat in Donaueschingen. Lienhard war bei diesem Objekt einer der Initiatoren der Regenwasserbewirtschaftung und der Holzpellet-Heizung.

„Aus heutiger Sicht hat beides wie im SSC-Gebäude realisiert einen futuristischen Touch. In zehn Jahren jedoch wird Umwelttechnik wie diese von den Behörden im Zuge der Baugenehmigung eingefordert“, ist Lienhard überzeugt. Als Leiter der technischen Abteilung der ortsansässigen Firma Mall kennt er die Pellet- und Regenwasserbranche seit Jahrzehnten. Das Unternehmen hat bei diesem Objekt die Lager- und Entnahmetechnik sowohl für die Regenwasserbewirtschaftung als auch für den Brennstoff Holzpellets geliefert und montiert. Das eingeschossige Vereinsheim wurde kostengünstig ohne Keller gebaut. Ein solcher ist für Regenwassertank und Holzpelletlager aus Betonfertigteilen auch nicht erforderlich. Wichtig sind stattdessen klare Schnittstellen für die beteiligten Gewerke.

Schnittstellen und Wartung

ÖkoFEN

Die Verantwortlichen für Tiefbau und Heizung profitieren von den Schnittstellen, die der vorgefertigte Pelletspeicher bietet. Das begünstigt Ausführung, Objektüberwachung und Gewährleistung. Die Installation des Leerrohres zwischen der Außenwand des Heizraums und dem unter der Grünfläche eingebauten Speicherbehälter wie auch des Lüftungsrohres vom Speicher zur Geländeoberfläche an der Gebäudeaußenwand sind Leistungen eines Tiefbauunternehmens. Die Schnittstellen für beide Rohre sind die im Betonspeicher schon ab Werk vorhandenen runden Öffnungen und Dichtungsmanschetten [3].

Die Heizungsbauer legen von der Saugturbine des Pellet-Heizkessels eine Elektroleitung und die Schläuche für Saug- und Rückluft durch das in der Außenwand des Gebäudes beginnende Leerrohr zum unterirdischen Speicherbehälter und befestigen diese an der dort angebrachten Adapterplatte.

Damit ist die automatische Pelletentnahme betriebsbereit, denn im Speicher war der mitgelieferte Saugroboter „Maulwurf“ an dieser Adapterplatte im „ThermoPel 7500 / 7,5 m³“ schon vormontiert. Ab diesem Zeitpunkt geht bei Brennstoffbedarf der elektrische Impuls des Kessels an seine Saugturbine und gleichzeitig an den „Maulwurf“. Wichtig zur Betriebssicherheit ist die in DIN EN ISO 20023 geforderte Wartung. Demnach sollte nach fünf Lieferungen bzw. alle zwei Jahre das Lager vollständig entleert und von Feinanteilen gereinigt werden. Dafür haben manche Pelletlieferanten die erforderliche technische Ausrüstung. Der Lagerhersteller bietet darüber hinausgehende Dienstleistungen in einem Wartungsvertrag an.

Luftreinhaltung ohne Feinstaub-Filter

König

Während andere Holzheizsysteme Elektrofilter zur Reduktion von Staubemissionen einsetzen, kann die Pellet-Feuerung im Vereinsheim des SSC Donaueschingen mit Feinstaub im Abgas nahezu komplett vermeiden. Die Besonderheit ist zum einen die spezielle Verbrennungstechnik, die eine Flammenbildung unterdrückt, und zum anderen die unterteilte Rückführung des Verfeuerungsabgases in die Primärluft sowie in die Hochtemperatur-Ausbrandzone. Übrig bleiben bei der flammenlosen Oxidation nur Wärme, weitgehend gereinigtes Abgas und unvermeidbar Asche. Zum Vergleich: Ein Pelletkessel mit ZeroFlame-Technik stößt im Jahresmittel nur rund ein Zehntel dessen aus, was der Reifenabrieb eines durchschnittlichen Pkw verursacht [4].

„Der 9-stündige Lastzyklustest, der Start-, Stopp- und modulierende Phasen berücksichtigt, simuliert den Heizungsbetrieb über ein ganzes Jahr. Auch bei sich verändernder, sogenannter dynamischer Leistungsabnahme bleibt der durchschnittliche Emissionswert unseres ZeroFlame-Heizkessels deutlich unter der zulässigen Messunsicherheit bei Praxismessungen“, berichtet Lothar Tomaschko, geschäftsführender Gesellschafter in der ÖkoFEN-Deutschlandzentrale. „Prüfberichte vergleichbarer Heizkessel erreichen ebenso gute Werte, jedoch oft nur bei statischer Leistungsabnahme unter besten Bedingungen – das heißt im Moment der Prüfung und nicht im laufenden Betrieb, wie es der vom TÜV Austria für uns durchgeführte Lastzyklustest zeigt.“

Bessere Brennstoffausnutzung

Brennwerttechnik nutzt im Abgas enthaltene sensible und latente Wärme. Die latente (verborgene) Wärme wird über die Kondensation von Wasserdampf, der beim Verbrennungsvorgang aus dem Wasserstoffanteil des Brennstoffs entsteht, an einer Wärmeübertragerfläche nutzbar. Die Oberfläche des Wärmeübertragers muss dafür kälter als die Taupunkttemperatur des Abgases sein und gekühlt werden – die freigesetzte Kondensationswärme wird dazu in der Regel über eine Wasserströmung abgeleitet.

Die flammenlosen Oxidation und die Brennwertnutzung laufen leise innerhalb des Heizkessels ab. Nach Bedarf saugt er automatisch Holzpellets aus dem unterirdischen Brennstofflager an und füllt den integrierten Vorratsbehälter wieder auf. Im modulierenden Betrieb kann der Heizkessel, anders als im beschriebenen Objekt, auch ohne Pufferspeicher effizient betrieben werden.

Wird beim Heizungstausch in Bestandsgebäuden ein Heizkessel mit geringen Feinstaubwerten installiert, kann im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen (BEG EM) zusätzlich zu der Zuschussförderung mit Grundförderung und individuellen Boni auch noch der Emissionsminderungs-Zuschlag von 2500 Euro beantragt werden. Er wird unabhängig von der Höchstgrenze der förderfähigen Ausgaben gewährt, wenn eine geförderte Feuerungsanlage für feste Biomasse nachweislich den Emissionsgrenzwert für Staub von 2,5 mg/m³ einhält.

Der hier beschriebene Pellematic Condens liegt bei lediglich 0,5 mg/m³ bei einer Nennlast von 10 kW und bei durchschnittlich 2,0 mg/m³ bezogen auf 13 Vol.-% O₂ im Lastzyklustest [4]. Im Vergleich zu einem Pellet-Heizkessel ohne Brennwertnutzung kann die im SSC-Vereinsheim installierte Brennwertvariante laut Produktinformation im Idealfall 16,3 % mehr Wärme mit der gleichen Brennstoffmenge liefern. Daraus resultieren eine nennenswerte Umweltentlastung und für die Betreiber bis zu 15 % Heizkostenersparnis.

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Holzpelletlager: Normgerechte Lüftung

Der im SSC-Vereinsheim unterirdisch eingebaute Pelletspeicher aus Betonfertigteilen verfügt über eine Lüftungsleitung DN 100, die zur Gebäudewand hin verlegt wurde und dort ca. 1 m über Gelände mit einer schlagregensicheren Haube abgedeckt ist. Dies entspricht den Vorgaben der Richtlinie VDI 3464. Laut Technischer Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 900, auf die in DIN EN ISO 20023 verwiesen wird, ist in Deutschland ein kurzzeitiges Betreten unterirdischer Pelletspeicher bzw. Erdlager bis zu 15 min in Anwesenheit einer eingewiesenen zweiten Person erlaubt, wenn die CO-Konzentration im Lager unter 60 ppm beträgt. Ein CO-Warngerät muss eingeschaltet am Körper getragen werden.

Ein längerer Aufenthalt im Lager ist nur zulässig, wenn die CO-Konzentration unter 30 ppm liegt. Warngeräte sollen nicht stationär im Lagerraum bzw. Lagerbehälter angebracht sein, da auf Dauer die im Holz enthaltenen Terpene ebenso wie Druckschwankungen und Staub oder Feinanteile die CO-Sensoren schädigen. Um die Verantwortlichen des Objekts von derlei Gefahren und Vorkehrungen zu entlasten, kann die während des Betriebs turnusmäßig fällige Wartung in die Ausschreibung zur Lieferung des unterirdischen Beton-Pelletspeichers einbezogen werden. Dann kümmert sich der Hersteller in Absprache mit dem Pelletlieferanten darum und sorgt unter anderem dafür, dass vor einer erneuten Befüllung der Speicher leergesaugt, gereinigt und inspiziert wird.

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Dipl.-Ing. Klaus W. König

war 20 Jahre als Architekt selbstständig und ist heute Fachjournalist und Buchautor, speziell zur wasserorientierten Stadtplanung und zur energiesparenden Bautechnik. www.klauswkoenig.de

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