Schadstoff-Messung beim Holzabbrand mit CheminéeCobra - Ständer

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 725.13.23

Schlüsselwörter (Deutsch)

Holz, Pyrolyse, Holzkohle, Edelstahl Ständer, CheminéeCobra, Schadstoffemissionen, Holzfeuerung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Beim Spaltholz-Abbrand in einer Kleinfeuerungsanlage (<70 kW) wie zum Beispiel einem Kaminofen entstehen stets unerwünschte, giftige Gase wie Kohlenmonoxid, sowie unerwünschte Feststoffe wie Feinstaub und Russ.

Die Holzverbrennung durchläuft drei Phasen: In der Trocknungsphase wird das im Holz noch vorhandene Wasser verdampft. Nachdem das Holz ausgetrocknet ist, entweichen nun bei 100 bis 600°C Gase aus dem Holz und das Holz wird stark zersetzt. Diesen thermo-chemischen Umwandlungsprozess bezeichnet man auch als Pyrolyse. Zurück bleibt Holzkohle. Die letzte Phase, die sogenannte Nachverbrennung sorgt dafür, dass das Holz nahezu restlos verbrennt und nur noch Asche übrigbleibt.

Der patentierte Edelstahl Ständer CheminéeCobra® soll die Pyrolyse optimieren: Die Holzscheite werden in konstantem Abstand zueinander gehalten, ohne dass sie sich gegenseitig berühren. Eine optimierte Pyrolyse soll die Schadstoffemissionen verringern. Erste positive Resultate lieferten bereits erste Messungen mit geeichten Wöhler-Messgeräten durch einen ausgebildeten Kaminfeger. Nun sollen diese Resultate an der Prüfstelle für Holzfeuerungen der Fachhochschule Nordwestschweiz wissenschaftlich überprüft werden.

 

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 15.06.2023 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Es werden je drei Testreihen mit und ohne CheminéeCobra® Ständer im Raumheizer BEO Sandstein Tobacco von Skantherm VKF Z1865 durchgeführt. Eine Testreihe besteht aus Anfeuern und zwei Mal Nachlegen. Nach der Testreihe wird der Raumheizer entascht und abgekühlt. Es werden folgende Messgrössen bei jeder Testreihe gemessen: (a) Gasförmige Emissionen (O₂, CO₂, CO, NO_x und VOC); (b) Staubmessung gemäss EN 16510-1:2023; (c) Gewicht des Gesamtaufbaus, (d) Abgastemperatur; (e) Unterdruck im Kamin; (f) Wassergehalt des Brennstoffes
2. Es werden je drei Testreihen mit und ohne CheminéeCobra® Ständer im Raumheizer Merkur HK von Rüegg Cheminée AG durchgeführt. Eine Testreihe besteht aus Anfeuern und zwei Mal Nachlegen. Nach der Testreihe wird der Raumheizer entascht und abgekühlt. Die unter 3.1 aufgeführten Messgrössen werden ebenfalls bei jeder Testreihe gemessen.
3. Es erfolgt eine Auswertung nach EN 16510-1:2023, wobei der Mittelwert des Kaltstarts und des ersten und zweiten Abbrands gebildet wird, sowie der Mittelwert über alle Abbrände inklusive Kaltstart. Es werden jeweils die Mittelwerte mit und ohne Cobra miteinander verglichen. Zusätzlich werden folgende Messgrössen ausgewiesen: Raumheizungs-Jahresnutzungsgrad; Staubemissionen; Emissionen von gasförmigen, organischen Verbindungen; Stickstoffemissionen; Energieeffizienzindex; Feuerleistung; Abgastemperatur
4. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 3.1 bis 3.3 ist redigiert und dem BAFU abgegeben.
5. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien
   (genauere Angaben s. Beilage 3) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
6. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung wird am Schluss des Projektes für interessierte Personen aus dem BAFU durchgeführt.

Projektziele (Deutsch)

Der Nutzen des Edelstahl Ständers CheminéeCobra® bezüglich Schadstoffemissionen beim Spaltholz-Abbrand in Kleinfeuerungsanlagen (<70 kW) soll an der Prüfstelle für Holzfeuerungen der Fachhochschule Nordwestschweiz wissenschaftlich überprüft werden.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Im Rahmen dieses Projekts wurden Vergleichsmessungen an zwei Feuerungen mit und ohne Cheminée-Cobra Abbrandständer durchgeführt. Beim Cheminée-Cobra Abbrandständer handelt es sich um eine Vorrichtung, die in den Feuerungsraum gestellt wird und die es erlaubt, bis zu vier Stück Scheitholz an fest vorgesehenen Positionen aufzulegen.

Die Messungen wurden in einem Raumheizer BEO-Sandstein Tobacco nach EN 16510-2-1 und einem Kamineinsatz Mars K nach EN-16510-2-2 durchgeführt. Neben den Abbränden im aufgeheizten Ofen wurde auch der Kaltstart gemessen. Die Messungen der gasförmigen Emissionen und des Feinstaubs wurden in beiden Fällen nach dem Verfahren aus der EN 16510-1 Anhang D, E und F durchgeführt

 

Entgegen den Anforderungen aus der Prüfung nach EN 16510-1 Anhang A.4.7 wurde für jede Feuerung das Anfeuern und die zwei darauffolgenden Abbrände bei Nennwärmeleistung gemessen. Dies erfolgte jeweils einmal mit und einmal ohne Cheminée-Cobra Abbrandständer. Die Messungen wurden drei Mal wiederholt. Dabei konnte folgender Einfluss des Cheminée-Cobra Abbrandständers festgestellt werden:

Änderungen der Emissionen bei Messungen ohne Cheminée Cobra Abbrandständer verglichen mit Messungen mit Cheminée Cobra Abbrandständer jeweils gemittelt über drei Messungen in %.
Abbrand-Phase	Messgrösse	Änderung mit Cobra im Raumheizer BEO-Sandstein Tobacco	Änderung mit Cobra im Kamineinsatz Mars K
Kaltstart (1.Abbrand)	Mittlerer Sauerstoffgehalt	2%	-8%
	Gasförmige Organische Verbindungen	-50%	-50%
	Kohlenmonoxid	-40%	-19%
	NOX-Emission (angegeben als NO2)	4%	-3%
	Feinstaub	-12%	-10%
	Wirkungsgrad	0%	-2%
Nennwärmeleistung (Nachlegen)	Mittlerer Sauerstoffgehalt	+10%	-4%
	Gasförmige Organische Verbindungen	-5%	-17%
	Kohlenmonoxid	-17%	-13%
	NOX-Emission (angegeben als NO2)	4%	0%
	Feinstaub	5%	-2%
	Wirkungsgrad	-4%	+2%

Tabelle 1: Übersicht Messresultate

Die Messwerte zu den dargestellten Resultaten in der Tabelle 1 sind im Prüfbericht MP-23232-A dargelegt.

Fazit

Der Cheminée-Cobra Abbrandständer zeigt beim Kaltstart und beim Nachlegen einen positiven Effekt auf die Emissionen von gasförmigen organischen Verbindungen und Kohlenmonoxid, wobei der Effekt beim Kaltstart ausgeprägter ist. Bei den Feinstaubemissionen konnte beim Kalt-start eine Verringerung der Emissionen festgestellt werden, jedoch nicht beim Nachlegen. Bei den Stickoxidemissionen und beim Wirkungsgrad konnten keine signifikanten Änderungen festgestellt werden.

Der grössere Effekt durch die Verwendung des Cheminée-Cobra Abbrandständers beim Kaltstart lässt sich durch einen besseren Zugang der Luft zum Holz erklären. So werden schneller höhere Temperaturen erreicht, was ein besseres Ausbrennen der Abgase zulässt. Beim Nachlegen ist der Brennraum aufgeheizt und unterstützt so den Ausbrand, daher hat der Cheminée Cobra Abbrand-ständer ein weniger grossen Einfluss auf die Emissionen bei aufgeheiztem Brennraum.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die positiven Ergebnisse sollten Ofenbauer, Kaminfeger, Holzverkäufer, Bauhäuser und Benutzer dazu motivieren, aktiv auf die Vorteile des Einsatzes einer Cheminée-Cobra® zur Reduzierung von Schadstoffemissionen hinzuweisen.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Es wäre aus ökologischer Sicht wünschenswert, wenn in naher Zukunft:

• Jeder neu gebaute Ofen standardmäßig mit einer Cheminée-Cobra® ausgestattet wäre (Ofenbauer).
• Bei jeder Nachkontrolle die Kunden auf die Vorteile des Einsatzes einer Cobra hingewiesen würden (Kaminfeger).
• Holzverkäufer ihre Kundschaft auf die vielen Vorteile bei Verwendung der Cheminée-Cobra® sensibilisieren würden.