Weit mehr als nur heiße Luft

Energieeffizientes Heizen mit minimalem Aufwand - hier bietet sich die Brennwerttechnik an. Bei Gas- und Ölheizungen sind Brennwertkessel Stand der Technik. Dieses Prinzip eignet sich aber auch dazu, ein Mehr an Energie aus einem Biomassebrennstoff zu gewinnen.

Abgase, die bei der Verbrennung von Stoffen in Heizgeräten entstehen und freigesetzt werden, enthalten einen hohen Anteil an Wasserdampf. Die im Wasserdampf enthaltene Restwärme nutzen Brennwertkessel, indem sie diese über die Kondensation des Wasserdampfes zurückgewinnen und der nutzbaren Heizleistung zuführen. Damit können Brennwertgeräte mit einer höheren Energieausbeute punkten, während bei herkömmlichen Kesseln der Wasserdampf und damit die Energie ungenutzt durch den Kamin entweicht.

Elemente des Funktionsprinzips
Jeder Brennwertkessel, auch ein Pellet-Brennwertkessel, braucht als entscheidendes Bauteil einen Abgaswärmeübertrager. Das beim Verbrennen entstehende Abgas wird im Kessel bei geringer Rücklauftemperatur des Heizwassers im Idealfall auf 30 - 40 °C abgekühlt. Sobald der Taupunkt des Abgases unterschritten wird, kondensiert der in den Abgasen enthaltene Wasserdampf. Die im Wasserdampf enthaltene Energie (Kondensationswärme) wird dabei an den Wärmeübertragerflächen im Abgasweg abgegeben und dem Heizungskreislauf zugeführt. Das heißt, je mehr Wasserdampf kondensiert, umso höher ist der Nutzungsgrad des Gerätes.
Naturgemäß besteht Kondensat aus Abgasen nicht nur aus reinem Wasser, sondern weist auch gewisse Verunreinigungen auf. Bei Holz-Brennwertkesseln gelangen insbesondere geringe Mengen an inerter Flugasche in das Kondensat, die jedoch problemlos zusammen mit diesem abgeleitet werden können. Im Vergleich zu Kondensat von Öl- und Gasheizungen ist das Kondensat von Holzheizungen deutlich neutraler, also weniger sauer, was sich in einem höheren pH-Wert äußert. So liegt der pH-Wert bei den Kondensaten, die durch die Verbrennung von Hartholz entstehen, bei ca. 5,8 und beim Einsatz von Weichholz bei ca. 6,8. Zum Vergleich: Bei Heizöl-Brennwertfeuerungen liegt der pH-Wert bei ca. 2,5. Ist das Kanalsystem geeignet, darf das Kondensat von Heizanlagen kleinerer Leistung somit ohne Neutralisation oder sonstige Behandlung in die Kanalisation eingeleitet werden.
Da sich das Abgas bei einem Brennwertkessel unter seinem Taupunkt befindet, kondensiert in der Abgasanlage weiterer Wasserdampf, was eine feuchte­unempfindliche und kondensatdichte Abgasanlage erfordert. Bei bestehenden Kaminen, etwa einem gemauerten Schornstein, ist es im Regelfall möglich, nachträglich ein Innenrohr aus Edelstahl einzuziehen.
Damit die Brennwertgeräte nicht unter ihren Möglichkeiten bleiben, muss die Heizungsanlage optimal eingestellt werden. So ist die Rücklauftemperatur ein entscheidender Parameter. Hier gilt: Je kühler das Heizungswasser in den Heizkessel zurückfließt, desto besser kühlt es dort die heißen Abgase ab. Das fördert den Kondensationseffekt im Kessel. Ist die Rücklauftemperatur hingegen hoch, kommt der Brennwerteffekt kaum oder gar nicht zum Tragen. So sinkt bereits bei 55 °C Rücklauftemperatur die Ausbeute an Kondensationswärme und damit der Brennwerteffekt deutlich. Dennoch sind Geräte mit Brennwerttechnik effizienter als herkömmliche Kessel. Denn mit der tieferen Abkühlung der Abgase wird bereits mehr Energie gewonnen als bei klassischen Wärmeerzeugern.

Gehaltvoller Brennstoff
Pellets verfügen zwar über eine geringe Restfeuchte von maximal 15 %. Dennoch ist die Brennwertnutzung attraktiv. So entsteht ein Großteil der Wassermenge durch die Verbrennungsreaktion des im Holz gebundenen Wasserstoffs mit Sauerstoff. Zudem weist das Brenngut eine hervorragende CO₂-Bilanz auf.
Prinzipiell lässt sich der Energiegehalt von Brennstoffen anhand des Wärmewertes feststellen. Unterschieden werden dabei der Brennwert (Hs) und der Heizwert (Hi). Der Brennwert benennt die frei werdende Wärmemenge pro vollständig verbrannter Mengeneinheit, wenn der bei der Verbrennung entstehende Wasserdampf in flüssiger Form vorliegt. Der Heizwert eines Brennstoffes zeigt dagegen die Wärmemenge auf, die bei vollständiger Verbrennung frei wird, wenn das bei der Verbrennung entstehende Wasser dampfförmig vorliegt.
Das Verhältnis des Brennwertes zum Heizwert hängt von dem im Brennstoff vorhandenen, chemisch gebundenen oder molekular vorhandenen Wasserstoff und der Feuchtigkeit ab. Zudem gibt das Verhältnis des Brennwertes zum Heizwert die maximal mögliche Wirkungsgradsteigerung zwischen Heizwert- und Brennwerttechnik an. Je höher der Wasserstoff- und der Wasseranteil, umso größer wird das Verhältnis von Hs zu Hi. So liegt das Verhältnis Hs zu Hi bei Heizöl bei ca. 105 %. Holzbrennstoffe wie etwa Weichholzpellets erreichen abhängig vom Wassergehalt bis zu 108,7 %.

Konzepte der Kesselhersteller
Derzeit gibt es nur drei Hersteller, die Pellet-Brennwertgeräte anbieten: Fröling, Ökofen und Paradigma.

Fröling
Fröling Heizkessel- und Behälterbau GmbH beschäftigt sich bereits seit über 59 Jahren mit der Nutzung des Energieträgers Holz. Der Pellet-Brennwertkessel trägt den Namen „P4“ und ist in Leis­tungsgrößen zwischen 15 bis 60 kW erhältlich. Eine Kaskade, die sich aus bis zu vier Kesseln zusammensetzten kann, erreicht eine Gesamtleistung von 240 kW. 
Das „P4“-System nutzt die Energie aus dem Abgas mittels eines an der Rückseite des Kessels positionierten Zusatzwärmeübertrager aus Edelstahl. Dadurch lässt sich ein Kesselwirkungsgrad von über 104 % (bezogen auf Hi) erzielen. Eine Rücklaufanhebung ist nicht notwendig. Die Reinigung der Brennwertanlage erfolgt über ein Wasser-Spülsystem. Das Regelungsmanagement „Lambdatronic P 3200“ übernimmt bei der vollautomatischen Brennwertanlage sämtliche Kontrollfunktionen. Zudem ist eine Fernüberwachung mittels PC oder Handy möglich.

Ökofen
Ökofen Heiztechnik GmbH bietet mit „Pellematic Condens“ einen Pelletkessel an, der sich unabhängig von der Rücklauftemperatur in jedes Wärmeverteilsystem einbinden lässt. Mithilfe des integrierten Wärmeübertragers mit automatischer Reinigungseinrichtung werden Wirkungsgrade bis zu 107,3 % erreicht. Die Kesselkonstruktion aus Edelstahl ermöglicht gleitende, niedrige Kesseltemperaturen bis 28 °C, was die Effizienz weiter erhöht und den Betrieb von Heizkörpern ohne Mischer erlaubt. Auch kann auf einen Pufferspeicher verzichtet werden.
Der Pelletkessel erfordert eine Aufstellfläche von nur etwa 70 x 70 cm und kann an zwei Seiten, wahlweise eck- oder wandbündig, aufgestellt werden. Weil die Anschlüsse für Vor- und Rücklauf oberseitig angebracht sind, ist es überdies möglich, die Pumpengruppe direkt zu montieren. Die Regelung ist für einen außentemperaturgeführten Heizkreises und für die Trinkwassererwärmung bereits vorinstalliert. Es wird also kein zusätzlicher Heizkreisregler benötigt.
Für Großkessel kommunaler und gewerblicher Objekte bietet Ökofen die Pellet-Brennwerttechnik „Pellematic Maxi“ mit „Condens“-Technologie an. Mit einem ergänzenden Wärmeübertrager ausgestattet, erzielt die Baureihe einen Wirkungsgrad von 102,7 %. Als Kaskade erreicht diese Lösung eine Leistung von bis zu 256 kW. Der integrierte Regler „Pelletronic Touch“ erlaubt den Zugriff auf die Regelung und das Abfragen von Daten per PC oder Smartphone.

Paradigma
Der Systemanbieter Paradigma Deutschland GmbH hat den Pelletkessel „Peleo Optima“ in den Leistungsgrößen von zehn bis 18 kW im Programm. Er liefert eine Maximaltemperatur von 85 °C, seine niedrigste Vorlauftemperatur liegt bei 28 °C. Dazwischen ist jede Kesseltemperatur stufenlos möglich.
Flammraumsensor, Unterdruckmessung und ein Multisegment-Brandteller schaffen die Voraussetzung für eine effiziente und emissionsarme Verbrennung. Den Verbrennungsprozess überwacht ein Regler, der die Brenner- und Pumpenleistung der benötigten Heizlast anpasst. Mit einer Breite von 72 cm, einer Tiefe von 73 cm und einer Höhe von 143 cm benötigt der Brennwertkessel eine geringe Stellfläche. Zudem lässt er sich mit einem Mindestabstand von 50 mm nahezu bündig zur Wand aufstellen. Ein Touchscreen verspricht die einfache Bedienung des Pellet-Brennwertkessels.

Resümee
Die Brennwerttechnik lässt sich flexibel in jedes Heizsystem integrieren. Zwar liegen Pellet-Brennwertgeräte preislich meist etwas über konventionellen Pelletkesseln, jedoch werden diese Mehrkosten durch die staatliche Förderung, die der Kunde erhält, in aller Regel mehr als ausgeglichen. So beträgt die Basisförderung, die beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) für den Kauf eines Pelletkessels beantragt werden kann, mindestens 3000 Euro. Darüber hinaus bietet eine richtig eingestellte Anlage im Vergleich zu einem konventionellen Kessel deutlich höhere Nutzungsgrade.
Hinzu kommt ein weiterer positiver Aspekt: Da die Abgase gereinigt werden, gelangen nur relativ wenig Schadstoffemissionen in die Umwelt. 

Autorin: Carola Tesche, freie Journalistin

www.froeling.com
www.oekofen.de
www.paradigma.de