Holzfeuerung optimiert (Bedienerunabhängige Stückholz-Feuerstätte mit minimalen Schadstoffemissionen)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 359.39.10

Schlüsselwörter (Deutsch)

Klein-Holzfeuerungen, Partikelbelastung,Verbrennungsregelung, Verbrennungssteuerung, Brennkammer, Partikelabscheider, Benutzerführung, Funktionseinheit

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Klein-Holzfeuerungen wie Cheminées werden in Zukunft noch mehr an Attraktivität gewinnen. Allerdings tragen sie lokal markant zur Partikelbelastung der Luft bei. Im Projekt UTF 217.08.07 "Partikelarme Brennkammer für Holzfeuerstätten" wurde aufgezeigt, dass der Partikelausstoss durch die Geometrie der Brennkammer, die Verwendung von geeigneten Werkstoffen und durch eine optimierte Verbrennungs-luftführung um mehr als 50% gesenkt werden kann. Es zeigte sich aber auch, dass der schadstoffarme und effiziente Betrieb von Klein-Holzfeuerungen stark von der richtigen Bedienung abhängt.
In einem Folgeprojekt sollen nun in einem ersten Schritt die Verbrennungssteuerung und der Partikelabscheider optimiert und mit einem einfachen Informationssystem für den Betreiber ergänzt werden. Der Schwerpunkt liegt dabei bei den emissions-relevanten Prozessphasen wie Anfeuern und Holz nachlegen. In einem zweiten Schritt soll eine Feuerungs-Funktionseinheit aus Brennkammer, Verbrennungsregelung, Partikelabscheider und Benutzerführung aufgebaut und bezüglich Schadstoffausstoss und thermischem Wirkungsgrad überprüft werden. Die Partikelemissionen aus dieser Funktionseinheit sollen die Zielgrösse 10 mg/mN3bei einem Volumengehalt von 13% O2 im Abgas unterschreiten.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Optimierte Verbrennungssteuerung, mit der die Partikelemissionen um 20% reduziert werden (Meilenstein 1)

2. Optimierter Partikelfilter auf der Basis des elektrostatischen Partikelabscheiders Zumikron der Firma Rüegg Cheminée AG, der einen gravimetrischen Abscheidegrad von über 85%, bzw. einem anzahlbasierten Abscheidegrad von über 95% erreicht (Meilenstein 2)

3. Intelligente Benutzerführung inklusive Sensorik mit Informationen zu Betriebszustand, notwendigen Wartungsarbeiten und Brennholzqualität (Meilenstein 3)

4. Optimierte Funktionseinheit für Feuerstätten bestehend aus Brennkammer, Verbrennungsregelung, Partikelabscheider sowie Benutzersteuerung (Meilenstein 4)

5. Daten zu feuerungstechnischen Parametern (CO, O2, Abgastemperatur, Wirkungs¬grad) sowie Partikelemissionen aus Abbrandversuchen im Nenn-, Kaltstart- und Nach¬lege-betrieb (Meilenstein 5)

6. Konzept zur raschen Verbreitung der optimierten Funktionseinheit oder der in diesem Projekt optimierten Anlagenteile im Markt, mit Vorschlägen für die Weiterlizenzierung an Vertriebspartner (Meilenstein 6)


7. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 3.1 bis 3.6

8. Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

9. Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Durch die Kombination von optimierter Brennkammer, Verbrennungsregelung und Partikelabscheider mit einer einfachen Benutzerführung soll eine optimierte Funktions­einheit für Feuerstätten konzipiert werden, die es ermöglicht, Bedienungsfehler zu verhindern und den Verbrennungsprozess automatisch in einem schadstoffarmen Betriebszustand zu halten.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Die neuartige Feuerstätte integriert Anfach-, Abbrand- und Zugregelung mit einem Partikelabschei­der zu einer Feuerungseinheit (wood heat unit, WHU). Alle Komponenten wurden erfolgreich auf ihre Funktion hin getestet.

 

Die integrierte Kaltstarthilfe mit einem Injektor erlaubt das rasche Anfachen des Feuers. Die Feuer­raumtüre lässt sich so auch in der Startphase bei ungünstigen Temperaturverhältnissen im Kamin ohne Rauchaustritt öffnen. Die Abbrandregelung steuert den Abbrand über 5 Phasen und erlaubt eine auf Temperaturmessung und Türsignal basierende optimale Verbrennungsluftdosierung in den einzelnen Abbrandphasen. Die gespeicherten Feuerungsparamter sind dem Servicepersonal zu­gänglich. Der integrierte Zugregler steuert den Unterdruck mit einer raumluftunabhängig Nebenluft­vorrichtung. Der integrierter Elektroabscheider mit Spiralbürste zeigte trotz den relativ hohen Pro­zesstemperaturen keine mechanischen oder thermischen Schäden. Die verwendete Bürste erhöht den Abscheidegrad des Elektroabscheiders um über 35%. Der schadstoffoptimierte Feuerraum musste spezifisch auf die grosse Frontscheibe der Feuerung hin konstruiert werden.

 

Insgesamt reduzierte die Optimierung der einzelnen Komponenten die Staub- und CO-Emissionen um 40% gegenüber dem Ausgangszustand. Die Feuerungseinheit erzielte die im Projekt vorgege­benen ambitiösen Abgaswerte nicht ganz. Die Staubemissionen liegen derzeit bei 20 mg/nm³ im Kaltstartabbrand bzw. 45 mg/nm³@13%O₂ beim Nachlegeabbrand.

 

Das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten in der Feuerungseinheit gewährleisten im praktischen Betrieb einen vom Betreiber unabhängigeren, optimaleren Betrieb mit geringem Schadstoffausstoss.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Aufgrund der einbrechenden Verkaufszahlen von Stückholzfeuerungen in der Schweiz ist auch der Absatz für Geräte im oberen Preissegment unter den Erwartungen geblieben. Die neuartige Feue­rungseinheit mit sämtlichen im Projekt entwickelten Komponenten wird in der vollen Ausstattung nicht in den Verkauf gebracht.

 

Die einzelnen Komponenten wie Anfachhilfe, Verbrennungssteuerung und Zugbegrenzung können jedoch in den verschiedenen Geräten von Rüegg Cheminée AG integriert werden. Die Feuerstätten emittieren damit bei gesteigertem Bedienerkomfort weniger Emissionen.

 

Der Elektroabscheider in Kombination mit der Spiralbürste ist als Komponente aufgrund der hohen Zusatzkosten kaum konkurrenzfähig, da daraus kein unmittelbarer Komfortgewinn für den Benutzer resultiert. Die Entwicklung des Moduls wird aber voraussichtlich bei der Firma Rüegg Ecotec AG als Ausgangspunkt zur Entwicklung einer Ascheidereinheit für Feuerungen genutzt.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Das Projekt wird nach wenigen Kontrollmessungen abgeschlossen und die Erkenntnisse werden in einem Schlussbericht an Rüegg Cheminée AG übergeben.

 

Aufgrund der gemachten Erfahrungen ist es sehr wichtig, die Bedienerunabhängigkeit weiter zu entwickeln. Auch wenn die im vorliegenden Projekt erreichten Resultate nicht vollständig den gesetzten Zielen entsprechen, gilt es den Einfluss der Bediener zu minimieren. Damit werden die Feuerungen im Alltag schadstoffarm betrieben und tragen so einen sinnvollen Beitrag zur lokalen Energieversorgung bei.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Keine