Ausbildung

In den letzten Jahren hat sich aufgrund der Energiepreisentwicklung der Aufbau von Heizungsanlagen gewandelt. Öl- oder gasbeheizte monovalente Anlagen wurden durch einen oder mehrere alternative Energieträger ergänzt bzw. erweitert. Hierzu kommen Festbrennstoffwärmeerzeuger, thermische Solaranlagen oder Wärmepumpen. Im besonderen Interesse stehen zurzeit vollautomatische Anlagensysteme, die auch bei Festbrennstoffanlagen den Brennstoff automatisch zuführen. Um das Zusammenwirken der unterschiedlichsten Anlagenkomponenten zu gewährleisten, sind das Zusammenstellen, das hydraulische Verschalten, die erforderlichen Sicherheitseinrichtungen und die Regelung von besonderer Bedeutung.

Festbrennstoffe
Zur Lagerung der natürlichen Brennstoffe wird ein trocke­ner Lageplatz bzw. Speicher benötigt. Um die gleiche Wärmemenge von 1 l Öl bzw. 1 m³ Erdgas (E 2) in Form von Hackschnitzeln oder Pellets zu erreichen, sind ca. 2 kg trockener Brennstoff mit ca. 4,5–5 kWh/kg erforderlich. Ein Lagerraum von ca. 6 m³ entspricht so ca. 1000 l Öl bzw. 1000 m³ Erdgas.
Holz für Hackschnitzelanlagen wird in kleine Holzstücke von ca. 2–4 cm Breite, 3–6 cm Länge und einer Stärke von 0,2–1,5 cm zu „Hackschnitzeln“ zerhackt. Der Feuchtegehalt des Holzes (max. 15%) spielt eine wesentliche Rolle. Ist das Holz zu feucht, muss es nach dem Zerhacken zur Vermeidung von biologischem Zerfall (Humusbildung) getrocknet werden.
Zur Pelletherstellung werden Hackschnitzel oder andere biologisch unbedenkliche Holzrohstoffe weiter zerkleinert. Ohne chemische Zusatzstoffe oder Bindemittel wird das Material zu zylinderförmigen Stäbchen, den Pellets, mit ca. 6 mm Durchmesser gepresst.

Heizwert
Der Heizwert von Holz sinkt mit zunehmender Feuchtigkeit sehr schnell. Deshalb ist es mindestens 2 Jahre trocken zu lagern. Brennstoff mit mehr als 15% Feuchtigkeit führt zudem zu einer erheblichen Verkürzung der Kessellebensdauer.
Bei 50% Feuchte beträgt der Heizwert nur noch 2 kW/kg. Bei über 85% Restfeuchte müsste zum Verbrennen mehr Energie aufgewendet werden, als im Holz selbst vorhanden ist. Qualm, Rußbildung und Feuchteschäden im Verbrennungsraum und der Rauchgasanlage wären die Folge.

Lagerraum
Besondere Bedeutung kommt der Lagerung zu. Der Lagerraum selbst muss ein abgeschlossener Raum oder Behälter mit Füll- und Entlüftungseinrichtung sein. Als Faustformel gilt, dass ein Lagerraum etwa den Jahresbedarf an Hackschnitzeln bzw. Pellets aufnehmen können sollte.

Bestandteile einer Hackschnitzel-/Pelletanlage

• Kessel mit wassergekühltem Unterbau,
• Wärmedämmung,
• Hackschnitzel/Pelletbrenner,
• Förderschnecke,
• Zündgebläse,
• Zuluftgebläse,
• Rückschlagsicherung,
• Wärmetauscher-Turbulatoren,
• Rauchrohranschluss,
• Füllöffnung,
• Aschenkasten,
• Lagerbehälter mit Transportleitung,
• Förderschnecke/Saugeinrichtung,
• Füllstutzen,
• Entlüftungseinrichtung,
• Füllstandsanzeiger,
• Abgas- bzw. Lambdasonde.

Aufstellraum
Es gelten die allgemeinen Richtlinien für Heizräume. Er muss frostsicher und gut belüftet sein. Die Verbrennungsluft darf nicht durch Staub oder Halogen-Kohlenwasserstoff-Verbindungen verunreinigt sein, wie diese z.B. in Dämpfen von Lacken, Spraydosen, Lösungs- und Reinigungsmitteln enthalten sind. Eine Verbrennungsluftzuführung über eine direkt nach außen geführte Zuluftöffnung ist sinnvoll.

Anlagenbeispiel
Die Anlage soll mit einem Pelletkessel und thermischer Solaranlage betrieben werden. Dabei stellen sich diese Fragen:

• Welche Großkomponenten müsste die Gesamtanlage haben?
• Welche sicherheitstechnischen Einrichtungen wären vorzusehen?
• Wie sind diese hydraulisch einzubinden?
• Wie müsste die Regelung arbeiten?
• Welche Fühler sind wo vorzusehen?

Fragen, die nur in Verbindung mit der konkreten Anlage und einer fachtechnischen Detailplanung zu klären sind.

Anlagenkomponenten
Die Anlage könnte aus folgenden Komponenten bestehen:

• Pelletkessel mit Pelletspeicher und Ladesystem,
• Pufferspeicher mit Brauchwasserwärmer, Solarwärmetauscher, Heizkreiswärmetauscher,
• Solarkollektoren,
• Ladekreispumpe
• Heizkreispumpe,
• Sicherheitseinrichtungen,
• Regeleinrichtungen,
• Temperaturfühler.

Anschluss- und Sicherheitseinrichtungen
Um die Übersicht nicht zu verlieren ist es sinnvoll, für die einzelnen Anlagenkomponenten die erforderlichen Sicherheitseinrichtungen festzulegen. Der Pelletkessel selbst hat im Feuerungsraum Flammenrückschlagsicherungen sowie Abgassonden zur Überwachung des Abgases bzw. der Verbrennungsqualität. Die Abgasanlage ist mit einem Abgaszugregler auszustatten. Die Verbrennungszuluft ist raumluftunabhängig bzw. von außen zuzuführen.
Hydraulisch muss eine Sicherungsgruppe mit Entlüfter, Manometer und Sicherheitsventil vorgesehen werden. Im Rücklauf sitzt das Membranausdehnungsgefäß mit Kappenventil. Eine Armatur bzw. ein Thermostat zur Anhebung der Rücklauftemperatur ist sinnvoll.
In Abhängigkeit der Bauart (offen oder geschlossen) des Pufferspeichers ist der Behälter bzw. dessen einzelne Kreise vor unzulässigem Überdruck bzw. Übertemperatur zu sichern. Eventuell kann eine Wassermangelsicherung erforderlich werden. Der Brauchwasserspeicher ist mit Trinkwasser kalt über ein Absperrventil, Rückflussverhinderer und mit einem Sicherheitsventil anzuschließen. Auf der Warmwasserseite kann der Einbau eines Mischers zum Schutz vor Verbrühungen angeraten sein.
Der Solarkreis wird von einem eigenständigen Leitungskreis gebildet. Dieser bedarf einer weiteren Sicherheitsgruppe mit Sicherheitsventil, Entlüfter, Manometer und Thermometer. Ebenso ist ein Membranausdehnungsgefäß mit Kappenventil unerlässlich.

Hydraulische Anbindung
Wird die Wärmeversorgung eines Gebäudes durch mehrere Energieträger gesichert, geben die einzelnen Wärmesysteme ihre Wärme direkt an das Verbrauchssystem oder zur Speicherung ab. Die Regelung überwacht die Temperaturen an den Anlagenpunkten. Bei Bedarf werden Bauteile wie Pumpen, Mischer oder Regler gesteuert, die das Heizmedium direkt an die Heizkreise oder den Pufferspeicher leiten. Wird mehr Wärme erzeugt als benötigt, wird diese über Umschaltventile an einen zentralen Punkt, den Pufferspeicher, zur Speicherung weitergeleitet.
Der Pufferspeicher erfüllt hierzu mehrere Aufgaben. Zunächst dient er der Systemtrennung. Er trennt über Wärmetauschersys­teme den Heizkreis, z.B. einer Festbrennstoffanlage, von dem Brauchwasserkreis und z.B. einem Solarkreislauf.

Wärmeübergaben im Pufferspeicher
Dem Speicherwasser wird die Wärme der verschiedenen Wärmeerzeuger übertragen und durch Verbrauchskreise (Heizkreis, Fußbodenkreis, Trinkwassererwärmung) wieder entzogen. Im Pufferspeicher selbst bilden sich Wärmeschichten unterschiedlicher Temperatur. Die wärmsten Zonen bilden sich oben. Durch Entzug von Wärme mithilfe eines eingesetzten Trinkwasserspeichers oder eines Rohrwärmetauschers kühlen diese ab und das abgekühlte Wasser strömt am äußeren Behälterrand (A) nach unten. Gleichzeitig strömt wärmeres Wasser in der Behältermitte (B) wieder nach oben. Entsprechend des Wärmeangebotes wird der Pufferspeicher nachgeheizt.
Die Anzahl und Belegung von Anschlüssen hängt vom Anlagenaufbau und dessen Funktion ab. Der Speicher selbst kann auch als hydraulische Weiche genutzt werden. Hierzu sind in den Behälter mehrere Vorlauf- bzw. Rücklaufanschlüsse in unterschiedlichen Höhen eingesetzt. Entsprechend der Temperaturschichtungen können unterschiedliche Vor- bzw. Rücklauftemperaturen entnommen und zurückgeführt werden.

Temperaturdifferenzregelung
Eine Temperaturdifferenzregelung sorgt für die sichere, bedarfsgerechte Regelung der Anlagenkomponenten. Sie sorgt durch Einschalten der Pufferspeicherladepumpen für die Abführung der Wärme aus den Wärmeerzeugern wie Kessel oder der Solaranlage in den Pufferspeicher (Ladesituation).
Bei Erreichen der eingestellten Maximaltemperatur im Pufferspeicher wird die Wärmeerzeugung bzw. Zuführung eingestellt und die Ladepumpen abgeschaltet. Der Kessel geht z.B. in Stand-by-Schaltung. Die Verbrauchskreise führen Wärme aus dem Pufferspeicher weiter ab (Entladesituation).

Regeltechnische Ausstattung
Die Regelung übernimmt den Betriebsablauf und die Steuerung der Leistungsstufen angeschlossener Wärmeerzeuger sowie deren Zu- bzw. Abschaltung. Hierzu ist der Einbau mehrerer Temperaturfühler in den einzelnen Anlagenabschnitten erforderlich. Die Temperaturfühler erfassen die Außen-, Vorlauf-, Rücklauf- sowie die obere, mittlere und untere Pufferspeichertemperatur. Aus den Temperaturen ergibt sich die erforderliche Betriebssituation, die automatisiert eingestellt wird.