mini|Pelletheizung (8 kW Heizleistung) eines Wohnhauses mit Brennstoffzufuhr über Schnecke (Metallrohr links), Probe des Brennstoffs (Kübel vorne) (2010) mini|Schnecke für Austrag aus dem Lager (oben), Dosierrad (darunter), Schnecke für den Eintrag in den Brennraum (unten) (Schnittmodell, Prospekt-Tragtaschen, 2015)
Eine Pelletheizung (oder auch Pelletsheizung) ist eine Heizung, in deren Heizkessel zumeist Holzpellets (kleine Presslinge aus Holzspänen und Sägemehl) vergast werden. Weitere pelletierte Brennstoffe wie Strohpellets, Halmpellets, Torfpellets, Pellets aus Olivenkernen und Olivenpresstrestern,olivenpellets.de Kokosnussschalen oder anderen biogenen ReststoffenHersteller von Pellets aus Tropenholz, Kokosnussschalen und Ölpalmenkernen kommen auch zum Einsatz.
Zentralheizungen mit Holzpellets als erneuerbare Energiequelle sind mit Öl- und Gasheizungen vergleichbar und erreichen einen feuerungstechnischen Wirkungsgrad von über 90 % (heizwertbezogen). Pelletkessel mit Brennwerttechnik erreichen Wirkungsgrade von über 100 % (heizwertbezogen). Der Ausstoß von Feinstaub ist rohstoff- und prinzipbedingt höher als bei Öl- und Gasheizungen.
Arten mini|Modell einer Pelletheizung mit Pelletlager (links), Transportschnecke (silber, unten), Kessel (rechts), Pufferspeicher (silber, hinten) und Schornstein
Grundsätzlich sind Pelletheizungen als Anlagen für den Betrieb von zentralen Hausheizungssystemen inklusive Steuerungs- und Regelungstechnik (also Pellet-Zentralheizungen) von Pellet-Einzelöfen mit direkter Wärmeabgabe in den Wohnraum zu unterscheiden.
Einzelöfen Pellet-Einzelöfen sind Anlagen im Leistungsbereich von max. 6–8 kW und weniger, die direkt im Wohnraum aufgestellt werden. Sie verfügen über einen kleinen Vorratsbehälter für Brennstoffe, der eine bis wenige Tagesrationen fasst. Brennstoffzufuhr und -zündung und die Regelung der Verbrennung werden automatisch gesteuert, die Ascheaustragung erfolgt von Hand. Eine mobile Steuerung per App oder über das Internet ist wie auch bei anderen Heizsystemen möglich. Die Wärme wird meist direkt an die Raumluft abgegeben. Wasserführende Öfen nutzen einen Teil der Energie, um Wasser zu erwärmen, das sich in Wassertaschen um die Brennkammer befindet. Damit kann die Leistung einer vorhandenen Zentralheizung unterstützt oder im Einzelfall ersetzt werden. Das Angebot an Pellet-Einzelöfen ist ähnlich vielfältig wie bei Scheitholzöfen, auch Ausführungen mit Sichtfenster auf das Feuer oder kombinierte Scheitholz-Pellet-Tischherde werden angeboten.
Zentralheizungen Pellet-Zentralheizungen kommen für Nennwärmeleistungen bzw. den Wärmebedarf (= sogenannte Heizlast, Berechnung nach EN 12 831) ab 3,9 kW aufwärts in Betracht. Pelletheizungen eignen sich nicht nur für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern (bis ca. 30 kW), sondern auch für größere Wohn- oder Betriebseinheiten; in letzterem Fall kommen größere Anlagen oder mehrere in Reihe geschaltete Pelletheizungen (Kaskadenanlagen) mit einigen hundert kW zum Einsatz. Hybrid- oder Kombianlagen können auch zusätzlich mit anderem Brennholz (wie Scheitholz oder Hackschnitzel) beschickt werden.
Pellet-Zentralheizungen laufen primär unter Volllast optimal und sind bis etwa 30 % der Nennleistung regelbar. Kurze Brennphasen wirken sich negativ auf die Brennstoffeffizienz aus, da bei Pelletheizungen die energetisch weniger effiziente Aufwärmphase länger ist als bei Öl- oder Gasfeuerung; entsprechend höher sind dann die Schadstoffemissionen. Abmilderung dieses Nachteils wird erreicht durch die Kombination von Pelletheizungen mit Wärmepuffersystemen, im Allgemeinen über Warmwasserspeicher.
Anbau-Pelletbrenner Separate Pelletbrenner, die an einen bestehenden Öl- oder Holzkessel montiert werden, werden als preiswerte Alternative zu einer kompletten Heizungsumstellung angeboten. Die Effizienz in der Verbrennung ist bei diesen Lösungen allerdings verringert. Anders als bei auf Pellet abgestimmte Heizungen oder Öfen werden die Investitionskosten nicht mit öffentlichen Mitteln gefördert.
Verfahren mini|hochkant|Schnittbild einer Pelletheizung mit Fallschachtfeuerung
Ähnlich wie bei Hackschnitzelheizungen wird der Brennstoff periodisch angeliefert und mittels Zuführeinrichtungen aus dem Pelletlager (Heizanlagen) oder dem Tagesbehälter (Einzelöfen) automatisch bedarfsgemäß in die Brennkammer eingebracht. Für die Verbrennung kommen in Holzheizungen übliche Brennkammern zum Einsatz. Mit der erzeugten Wärme wird bei Pellet-Zentralheizungen Wasser aus dem Heizkreislauf im Kessel der Pelletheizung erwärmt. Die Wärmeverteilung erfolgt genauso wie bei anderen Systemen der Zentralheizung durch das erwärmte Wasser. Anders als bei Öl- oder Gasheizungen ist bei Pelletheizungen die Einbindung eines Warmwasserspeichers in das Heizsystem sinnvoll, aber nicht notwendig. Im Gegensatz zu anderen Holzheizungen können Pelletheizungen über die hochentwickelte Steuer- und Regeltechnik sowie die gute Dosierbarkeit des Brennstoffs bis 30 Prozent der Nennleistung betrieben werden. Die im Brennvorgang erzeugte Wärme wird bis zur Wärmeanforderung durch das Heizsystem – wenn vorhanden – verlustarm gespeichert, was die Bereitstellung der Wärme bis zum erneuten Anlaufen des Kessels sichert.
Brenner mini|Unterschubfeuerung mini|hochkant|Brennkammer im Querschnitt
Die als Festbettreaktor ausgeführte Feuerungsanlage wird automatisch mit Brenngut versorgt. Die Steuerungs- und Regelungstechnik der Anlage führt den Brennstoff schrittweise in der Menge zu, die der benötigten Wärmeabgabe entspricht. Je nach Ausführung werden die zugeführten Holzpellets entweder mit Heißluftgebläsen automatisch entzündet, oder es wird im Brennraum dauerhaft ein Glutbett erhalten.
Holzpelletheizungen arbeiten mit unterschiedlichen Techniken der Beschickung: Heute aktuell sind die speziell für die Pelletverbrennung entwickelte Fallschachtfeuerung, Unterschubfeuerung, Quereinschubfeuerung, Sturzbrandfeuerung oder der Einsatz eines Walzenrostsystems in Verwendung. Bei der Fallschachtfeuerung rutschen die Pellets über eine Fallrinne in einen Brennertopf. Durch die Verwendung eines Brennertopfs ist der Verbrennungsbereich exakt definiert, die Verbrennung kann daher genau gesteuert werden. Bei der Unterschubfeuerung werden die Pellets mittels einer Förderschnecke von unten auf einen Brennteller gedrückt, verbrennen dort und die übrig bleibende Asche fällt über den Tellerrand in den darunterliegenden Aschebehälter. Die Quereinschubfeuerung funktioniert ähnlich wie die Unterschubfeuerung, nur dass der Brennstoff über eine Förderschnecke von der Seite auf den Brennteller geschoben wird. Dabei können sowohl der Brennteller als auch die Luftzufuhr zur Anpassung an Teilleistungen speziell ausgeformt werden. Beim Walzenrostsystem fallen die Pellets von oben auf mehrere, sich langsam drehende Stahlscheiben mit geringem Zwischenraum. Ein Abstreifkamm reinigt bei jeder Umdrehung die Zwischenräume, so dass ebenfalls die Asche ungehindert nach unten durchfallen und Verbrennungsluft nach oben zugeführt werden kann.
mini|Quereinschubbrenner mit besonderer Ausformung der Luftsteuerung (Partitionsbrenner BJ 2006)|alternativtext=Bild: Partitionsbrenner der Firma SOLARvent Bei der Sturzbrandfeuerung hingegen fallen die Pellets von oben auf einen Rost in einer Brennkammer. Die Flammen werden mit Hilfe eines Saugzuggebläses durch den Rost nach unten gezogen. Bei diesem System entsteht die geringste Aschemenge. Um Effizienz und Schadstoffgehalt der Abluft zu optimieren, steuern moderne Pelletbrenner die Verbrennung entweder über einen Temperatur- oder Flammraumfühler in Verbindung mit einer über ein Saugzuggebläse stufenlos regelbaren Verbrennungsluftzuführung oder einer Lambda-Sonde. Die heißen Verbrennungsgase werden über einen Wärmeübertrager mit manueller oder automatischer Reinigung der Nachheizflächen bzw. Wirbulatoren (auch Turbulatoren genannt) in den Schornstein geführt.
Die anfallende Asche fällt in einen Aschekasten. Um die Intervalle, in denen eine Ascheentnahme nötig ist, zu verringern, wird die Asche teilweise im Aschekasten komprimiert. Vereinzelt werden auch Ascheaustragssysteme eingesetzt, bei denen die Brennrückstände mittels Förderschnecken in Sammelbehälter transportiert werden.
Wärmeübertragung und -Speicherung Ebenso wie bei der Verwendung anderer Brennstoffe erhitzt die Verbrennung des Energieträgers im Kessel das Wasser, das als Wärmeüberträger eines Heiz- und/oder Warmwassersystems dient und die Wärmeenergie über Pumpen und Rohrleitungen an den Ort des Verbrauchs transportiert. Da eine weitestgehend vollständige Verbrennung der Holzpellets nur im Regelbetrieb möglich ist und während der Aufwärm- und der Ausbrandphase größere Verluste und höhere Emissionen entstehen, wird bei Heizanlagen das erwärmte Wasser in der Regel wie bei Scheitholzheizungen zunächst in einen Pufferspeicher geleitet, von wo es von den Verbrauchern je nach Bedarf abgerufen wird. So werden ausreichend lange unterbrechungsfreie Feuerungsperioden gewährleistet.
Messung, Steuerung und Regelung mini|Steuerung eines Pelletkessels
Die Mess-, Steuer- und Regeltechnik der Pelletheizung ist in der Regel aufwändiger als die vergleichbarer Heizsysteme mit fossilen Brennstoffen. Zum einen erfordert die Einbindung eines oder mehrerer Wärmespeicher eine Regelung der Warmwasserspeicherung, -abgabe und -nachlieferung, zum anderen ist die Regelung von Brennstoffzufuhr, Brennluftzufuhr und Feuerung aufwendiger.
Sicherheitseinrichtungen Wegen der Besonderheiten des Brennstoffs verfügen Pelletheizungen über andere Sicherheitseinrichtungen als Öl- oder Gasbrenner. So sind alle modernen Holzpelletheizungen mit einer Rückbrandsicherung ausgestattet, die einen Rückbrand in den Zubring-/Lagerbereich der Pellets unmöglich macht. Unterdruckregelungen im Feuerraum verhindern das Austreten giftiger oder brennbarer Gase in den Heizungsraum, ein Überhitzungsschutz bei manchen Anlagen > 25 kW oder Kombikessel wird durch Sicherheitswärmetauscher ermöglicht, die bei Überhitzung automatisch kaltes Wasser durch einen Wärmetauscher leiten.
Leistungsbereich und Wirkungsgrad Pelletheizungen sind in allen Leistungsbereichen ab ca. 3,9 kW verfügbar, als Einzelöfen zwischen ca. 4 und 20 kW. Die meisten heute verfügbaren Anlagen verfügen über eine Leistungsregelung über die Brennstoff- und Verbrennungsluftzufuhr, so dass sie sowohl bei Volllast als auch bei Teillast betrieben werden können. Derzeit erreichen Pelletkessel bei Volllastbetrieb (Nennwärmeleistung) im Heizwert-Betrieb einen feuerungstechnischen Wirkungsgrad von rund 85–95 %. Mit Pelletkesseln in Brennwert-Technik können Kesselwirkungsgrade bis zu ca. 106 % erreicht werden. Hierbei wird durch die Kondensation des Wasserdampfes in den Abgasen zusätzlich die Verdampfungsenergie (zumindest teilweise) zurückgewonnen. Dadurch erreicht man eine Abgastemperatur von nur 30 °C-40 °C. Als Material für den dafür notwendigen Wärmetauscher kommen korrosionsbeständige Materialien wie Edelstahl oder Graphit zum Einsatz. Es sind besondere Maßnahmen im Kamin und die Abführung des so kondensierten Wassers nötig (350 Liter pro Tonne Pellet).
Von wenigen Ausnahmen abgesehen sinkt der Wirkungsgrad ab, wenn der Pelletkessel im Teillastbereich arbeitet. Die hier beschriebenen feuerungstechnischen Wirkungsgrade können stark von den tatsächlichen Anlagenwirkungsgraden abweichen, aus dem Grund spielt das Anlagen-Konzept eine große Rolle. Der Einsatz eines hinreichend großen Pufferspeichers ist sinnvoll.
Automatisierungsgrad, Betreuung und Wartung mini|Geöffneter Pelletkessel. Kreisförmig angeordnete Rauchgaszüge (hier 12) im Wärmetauscherbereich. Um die sich an den Rohrwänden absetzenden Verbrennungsrückstände zu entfernen, sind Schraubenfedern eingelassen, die elektromotorisch über die Welle in regelmäßigen Abständen bewegt werden. Ein Großteil der Aschenreste fällt so in den Verbrennungsraum zurück.