Holzheizung

mini|Mischtyp einer Holzheizung: Wasserführender Ofen mit Anschluss an das Zentralheizungssystem, Aufstellung im Wohnraum, Verbrennung in Holzvergasertechnik mit Naturzug Eine Holzheizung verbrennt Holz und erzeugt dadurch Wärme zum Beheizen von Räumen und Gebäuden. Sie ist eine Gebäudeheizung. Holz ist ein biogener Festbrennstoff.

Der Brennstoff Holz („Brennholz“) kann verbrannt werden in Form von Scheitholz, Stückholz, Holzbriketts, Holzpellets oder Hackschnitzeln. Stückholz wird seit jeher verbrannt; Pellets und Hackschnitzel werden in speziell dafür gebauten Öfen mit automatischer Beschickung verbrannt.

Holzheizungen können Wärme für ein ganzes Haus (Zentralheizung) oder für einen einzelnen Raum erzeugen. Teilweise dienen sie auch der Unterstützung der Heizung und werden nur gelegentlich betrieben (z. B. Kamine). Versorgt eine Anlage ein großes oder mehrere Gebäude, bezeichnet man sie als Heizwerk bzw. Biomasse- oder Holzheizwerk.

Die Emissionen durch Holzheizungen (Feinstaub, Kohlenmonoxid, Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) etc. (PDF; 155 kB)) nahmen durch die gestiegene Nutzung von Holz als Brennstoff zu, können durch technische Maßnahmen aber reduziert werden.

Es gibt (wie in anderen Bereichen auch, z. B. Verkehr, konventionelle Heizungen) Gesetze und Verordnungen zur Begrenzung dieser Emissionen. Einzelraumbefeuerungen verursachen den größten Schadstoffausstoß, aber auch Pelletheizungen erzeugen belastete Abgase.

Für Kleinfeuerungsanlagen in Deutschland legt die Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen (1. BImSchV) Grenzwerte fest; die letzte Neufassung ist seit dem 26. Januar 2010 in Kraft. Die Übergangsfrist der 1. BImschV lief 2024 aus. Ab dann gelten strengere Grenzwerte für den Schadstoffausstoß.

Einzelraumbefeuerung mini|Holzofen in der Burg Klammstein Einige Typen von Holzheizungen dienen dem Beheizen nur einzelner Räume.

Öfen mit Zentralheizungsunterstützung Neuzeitlich gedämmte Ein- und Zweifamilienhäuser brauchen deutlich weniger Wärme als Altbauten; man kann mit einem wasserführenden Kaminofen oder Kachelofen Wasser erhitzen und dieses in einem Pufferspeicher speichern, um es später (= zeitversetzt) in die Zentralheizung zu speisen. Einige ermöglichen auch das Erwärmen von Brauchwasser, z. B. zum Duschen oder Baden. Das Funktionsprinzip ist einfach: Im Heizeinsatz des Ofens wird Wasser an Wärmetauscherflächen erwärmt und bei Erreichen einer eingestellten Mindesttemperatur (meist um 65 °C) in einen Pufferspeicher gepumpt. Der Pufferspeicher fasst meist 500, 750 oder 1.000 Liter, abhängig von der Leistung des wasserführenden Ofens oder anderer Quellen (z. B. Solaranlage), die ebenfalls angeschlossen werden können. So kann je nach Wärmebedarf ein Einfamilienhaus noch über einen längeren Zeitraum mit Wärme versorgt werden, während der Ofen außer Betrieb ist. Bei wasserführenden Öfen haben sich im Laufe der Jahre hauptsächlich zwei verschiedene Systeme durchgesetzt: Nachgeschaltete Wärmetauscher nutzen die im Abgas des Ofeneinsatzes vorhandene Rauchgastemperatur; sogenannte Kesselgeräte erzeugen das Warmwasser direkt im wasserumspülten Brennraum. Welches System im Einzelfall besser geeignet ist, hängt von der Relation des Wärmebedarfs im Aufstellraum des Ofens zur benötigten Wasserleistung ab. Eine falsche Auslegung der Anlage kann zum Überheizen des Aufstellraums führen, während die Wasserleistung zu gering ausfällt, um damit den Pufferspeicher zu bedienen. Umgekehrt kann es zum Überladen des Pufferspeichers kommen, während im Aufstellraum des Kachelofens nicht genügend Leistung zur Beheizung zur Verfügung steht. Kachelöfen mit nachgeschaltetem Wasserregister eignen sich eher für einen Altbau mit hohem Wärmebedarf im Aufstellraum des Ofens und leichter Heizungsunterstützung. Kesselgeräte kommen hingegen eher in Niedrigenergiehäusern zum Einsatz; dort ist oft eine relativ geringe Ofenleistung gefragt und eine relativ hohe Wasserleistung zum Bedienen eines großen Pufferspeichers.

Kamin

Ein Kamin ist eine Vorrichtung zum Beheizen und dezenten Beleuchten eines Raums. Kamine sind vollständig in die Raumwand eingelassen oder ragen ein Stück in den Raum hinein. Der Feuerraum ist häufig zum Wohnraum hin offen und gibt die Wärme direkt an die Raumluft ab. Durch die hohe und nicht regelbare Luftzufuhr entstehen bei der Verbrennung verhältnismäßig viele Schadstoffe, die über einen Schornstein abgeführt werden. Bei geschlossenen Kaminen (Sichtscheibe) ist die Luftzufuhr regelbar; im Brennraum ist die Temperatur viel höher als bei offenem Feuer; dadurch ist der Wirkungsgrad um ein Mehrfaches höher. Kamine können über eine Warmluftumwälzung verfügen; diese erhöht die Heizleistung (und damit den Wirkungsgrad) etwas.

Kaminofen

mini|300px|Links ein Zeitbrandofen, rechts ein Dauerbrandofen Ein Kaminofen ist ein Ofen zur Verbrennung fossiler oder biogener Brennstoffe. Meist stehen Kaminöfen vor einer Wand (nicht in der Wand eingebaut) im Wohnraum und haben einen geschlossenen Feuerraum. Sie sind aus Gusseisen oder Stahlblech gefertigt. Glaskeramik-Scheiben ermöglichen freie Sicht in den Feuerraum; die Wärmestrahlung gelangt in den Raum vor dem Kaminofen. Jeder Ofen hat Luftklappen oder (einen oder mehrere) Schieberegler; mit diesen kann man die Luftzufuhr regeln und damit die Geschwindigkeit der Verbrennung des Brennstoffs im Feuerraum. Jeder Ofen hat eine Tür zum Nachlegen von Brennstoff und zum Reinigen des Feuerraums. Besonders effiziente Kaminöfen haben einen Wirkungsgrad von über 80 %.

Die meisten Kaminöfen sind Zeitbrandöfen; sie sind für die Verbrennung von Holz konzipiert. Einige sind als Dauerbrandofen ausgelegt: Die Mulde im Feuerraum bewirkt, dass Holz oder Pellets nachrutschen können; durch Luftschlitze in der Mulde gelangt die für die Verbrennung nötige Luft in den Feuerraum. Viele Kaminöfen in Deutschland dürfen ab dem 1. Januar 2024 nicht mehr mit Steinkohle oder Braunkohle betrieben werden, weil deren Verbrennung deutlich mehr Schadstoffe verursacht als die sachgemäße Verbrennung von Holz (siehe dazu auch 1. BImSchV).

Kachelofen

Ein Kachelofen ist im Allgemeinen ein aus Schamottesteinen gesetzter Zimmerofen, der mit Kacheln verkleidet ist. In ihm kann man Stückholz und Holzbriketts verheizen, in manchen auch Kohle. Ein Kachelofen wird auch Speicherofen genannt, weil er eine große Speichermasse (z. B. Ton, Kacheln usw.) hat. Diese Masse nimmt Wärme auf, speichert sie und gibt sie bei einer Temperatur von 80 bis 125 °C an die Raumluft ab. Zwischen dem Zeitpunkt des Anzündens und dem Beginn der Wärmefreisetzung liegt einige Zeit.

Koch-Heiz-Herd bzw. Heizungsherd mini|Kohle- und Holzherd zum Kochen, Backen und Heizen (Firma Wilhelm Krefft AG) Ein Heizungsherd ist ein Kaminofen mit integrierter Kochstelle und gelegentlich auch mit Backfach. Wasserführende Modelle können an die Heizungsanlage angeschlossen werden und versorgen so einen Heißwasserspeicher, Pufferspeicher und/oder das Wohnhaus mit Wärme. Heizungsherde bieten, ebenso wie Kaminfeuer, die Möglichkeit, das Feuer im Brennraum zu betrachten. Nach der neuen Ersten Bundesimmissionsschutzverordnung (1. BImSchV) sind in Deutschland für Heizungsherde Mindest-Wirkungsgrade von 75 % vorgesehen. Neben der Anwendung in Wohnhäusern werden sie in Ferienhäusern auch zur Komplettheizung eingesetzt. In Europa erfolgt die Sicherheits- und Emissionsprüfung einheitlich gemäß der DIN EN 12815.

Wirkungsgradverbesserung Der Wirkungsgrad der o. g. Öfen kann durch einen Abgaswärmetauscher verbessert werden, mit dem die Öfen in die Zentralheizung eingebunden werden. Es gibt auch Ofenrohre mit Kühlrippen oder ähnlichem; gängige Bezeichnungen sind Warmlufttauscher, Abgaskühler oder Abgaswärmetauscher.

Zentralheizungskessel mini|Holzhackschnitzelheizung, 45 kW, Hackschnitzelzufuhr durch quadratisches Rohr im Bild mini|Brennerraum einer Holzhackschnitzelheizung, Schnecke (Mitte oben) dient zur Ascherückfuhr in den Brennerraum

Zentralheizung nennt man eine Heizung, die mehrere Räume oder ein ganzes Gebäude beheizen kann. In der Regel dient Wasser wegen seiner guten Eignung (gut verfügbar, ungefährlich, hohe spezifische Wärmekapazität) als Wärmeträger bzw. -überträger und in Pufferspeichern oft auch als Wärmespeicher.

Holzvergaserkessel

Holzvergaserkessel haben einen höheren Wirkungsgrad und deutlich niedrigere Emissionswerte als die Naturzugkessel, da ein geregeltes Gebläse für eine optimale Luftzufuhr bei der Verbrennung sorgt. Der Holzvergaserkessel wird einmal gefüllt („beschickt“) und brennt dann über mehrere Stunden aus. Der Pufferspeicher sollte so groß sein, dass der Kessel über die gesamte Brenndauer im energetisch günstigen Volllastbetrieb arbeiten kann. Die gespeicherte Wärme kann anschließend über einen längeren Zeitraum (mehrere Tage) bedarfsgerecht abgerufen werden. Der Heizwasserkreislauf eines älteren Einfamilienhauses kann mehrere hundert Liter Wasser enthalten (große Rohrdurchmesser; Heizkörper mit viel Wasserinhalt); auch er kann einen Teil der Wärme puffern. Neubauten haben dagegen relativ wenig Wasser im Kreislauf.

Naturzugkessel Naturzugkessel werden durch die mit einem Temperaturregler verbundene oder von Hand eingestellte Öffnung einer Klappe geregelt. Man kann die Leistung regeln; wenn das Feuer „zu wenig Luft“ bekommt, kann es zu einer unvollständigen Verbrennung (=> erhöhte Emission von Kohlenmonoxid etc.) kommen. Wenn die freigesetzte Heizenergie über dem aktuellen Bedarf liegt, braucht man einen Pufferspeicher. Naturzugkessel sind als Alleinheizung oder kombiniert mit einer bestehenden Öl-, Gas- oder Pelletheizung einsetzbar.

Holzpelletkessel

Holzpelletkessel bieten den Komfort der klassischen Öl- oder Gasheizung, weil der Betrieb automatisierbar ist (Beschickung durch Förderschnecke, Entzündung durch Heißluft und Kesselreinigung durch Rütteln). Aufgrund des definierten Grades an Restfeuchte der Holzpellets und geregelter Verbrennung entstehen geringe Aschemengen. Moderne Pelletheizungen haben einen höheren Wirkungsgrad und geringere Abgaswerte als andere Holzfeuerungen.

Hackschnitzelkessel

Holzhackschnitzelkessel bieten ebenfalls den Komfort der klassischen Öl- oder Gasheizung, weil der Betrieb automatisiert ist (Beschickung mit Holzhackschnitzeln durch Förderschnecke, Entzündung durch Heißluft und Kesselreinigung durch Rütteln). Aufgrund der geregelten Verbrennung (mittels Lambdasonde) entstehen geringe Aschemengen.

Emissionen Bei der Verbrennung werden als Hauptbestandteile Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) freigesetzt. Holz enthält geringe Anteile an Stickstoff (≈900 mg/kg). Dieser wird – ebenso wie der in der Verbrennungsluft enthaltene Stickstoff – bei der Verbrennung teilweise zu Stickoxiden umgewandelt, die mit Wasser(dampf) zu Säuren weiterreagieren und die Umwelt belasten. Der darüber hinaus im Holz vorhandene Schwefel (≈120 mg/kg) wird überwiegend in der Asche gebunden, so dass nur wenig Schwefeldioxid emittiert wird.

Je größer die Holzfeuchte ist, desto mehr Wärme wird für die Verdampfung dieses Wassers benötigt, dadurch – aber auch bei Luftüberschuss (aus dem Aufstellraum abgesaugte Nebenluft bei einem „offenen Kamin“) – kühlen die Flammen ab und es kommt zu „unvollständiger Verbrennung“, darunter versteht man einerseits eine unvollständige Oxidation und ebenso die Reduktion organischer Verbindungen oder von Kohlenstoffdioxid zu Ruß oder Holzteer. Auch Luftmangel (durch schlechten Kaminzug oder Absperren der Luftzufuhr) oder schlechte Verbrennungsführung (zu wenig Verwirbelung im Feuerraum) können zu unvollständiger Verbrennung führen. Dabei werden in unterschiedlichem Umfang neue Verbindungen gebildet und emittiert, beispielsweise: sämtliche bereits oben genannten Verbindungen, die eben nicht verbrennen, sondern als ungenutzter flüchtiger Brennstoff über den Schornstein in die Umwelt abrauchen Kohlenstoffmonoxid (CO) Glanzruß (C)