Aktuelles Heizungskonzept der Fabrik

Technik des Holzvergaserkessels 

(HSTarm solo innova 48 kW )

Der Kessel ist durch eine Brennerplatte aus Feuerkeramik in eine Ober- und eine Unterkammer geteilt. In der Oberkammer liegt das Stückholz auf der Brennerplatte geschichtet und wird durch ein Absauggebläse, das Verbrennungsluft nachzieht, mit Luft versorgt. 

Wird der Kessel angefeuert, wird dem Holz zunächst die Restfeuchte entzogen. Danach setzt die Holzvergasung ein und die leichten Gas-Bestandteile werden bereits oberhalb der Brennerplatte vorverbrannt. Die Verbrennungsluft drückt die Verbrennungsgase mit den noch unverbrannten Gasbestandteilen durch die glühende Holzkohle nach unten in eine Wirbelkammer, wo die schwer brennbaren Anteile bei hohen Temperaturen um 1100°C ebenfalls verbrannt werden. Anschließend erfolgt eine Nachverbrennung.  Aufgelegt werden muss alle 3 bis 4 Stunden.

Prinzip Holzvergaserkessel

Der Kessel ist  mit zwei Pufferspeichern ausgestattet, damit die Wärmeversorgung gesichert ist, wenn kein Holz nachgelegt wird. Als Richtgröße gilt ca. 25 Liter/kW Heizleistung. Der Holzkessel benötigt eine Rücklaufanhebung, damit Schwitzwasserbildung bei Rücklauftemperauren unter 55°C vermieden werden. Zudem ist er wie alle Feststoffbrennkessel mit einer thermischen Ablaufsicherung versehen: Notfalls wird er durch Leitungswasser gekühlt.

Vergaserheizkessel unterscheiden sich von anderen Heizkesseln für feste Brennstoffe. Diese Heizkessel wurden so konstruiert, dass es während des Verbrennungsverlaufs zum pyrolysischen Destillationsvorgang kommt, d. h. alle durch den Verbrennungsprozess entstandenen Bestandteile werden gasförmig und damit fast rückstandsfrei: pro Tag entstehen ca. zwei Schaufeln Asche. Der Verbrennungsvorgang verläuft in drei Etappen in getrennten Zonen des Heizungskessels:

1. Austrocknung und Vergasung des Holzes,
2. Verbrennung des Holzgases in der Düse mit der zugeführten vorgewärmten Luft
3. Letztes Nachbrennen in der Verbrennungskammer

Technik des Öl-Brennwertkessels
(Giersch GB-100 Brenner, KSI VC 25-100 Kessel, 48 kW)

Bei der Verbrennung der (kohlen-)wasserstoffhaltigen Brennstoffe entsteht wasserdampfhaltiges Abgas. In Brennwertkesseln kühlt man das Abgas soweit ab, dass die Wasserdampfanteile des Abgases kondensieren. Durch die Nutzung der Kondensationswärme tritt eine deutliche Verbesserung des verbrennungstechnischen Wirkungsgrades ein. Ein zusätzlicher Gewinn in Bezug auf den Wirkungsgrad liegt in der Tatsache, dass die Abgastemperaturen und somit die Abgasverluste erheblich niedriger ausfallen als bei konventioneller Feuerung, bei der, um Kondensatbildung im Abzug zu verhindern, die Abgastemperatur rund 120 °C nicht unterschreiten sollte, während Brennwertfeuerungen mit 60 °C betrieben werden können.

Je höher der Wasserstoffanteil eines Brennstoffes ist, desto höher ist die Menge an Wasserdampf, die nach der Verbrennung des Brennstoffs im Abgas enthalten ist. Insbesondere bei Brennstoffen mit hohem Wasserstoffanteil ist es also wichtig, dass die im Abgas enthaltene Kondensationswärme genutzt wird. Brennwertkessel vermögen je nach energetischer Qualität und je nach Betriebsbedingungen einen mehr oder weniger großen Anteil der Kondensationswärme zu nutzen. In Nicht-Brennwertkesseln kann die Kondensationswärme nicht genutzt werden, dadurch entsteht ein sogenannter latenter Abgasverlust (bisher nicht im Schornsteinfegerprotokoll ausgewiesen) von ca. 6 Prozent bei Heizöl EL und ca. 11 Prozent bei Erdgas.

Die Brennwertnutzung wird häufig dadurch erreicht, dass die Eintrittstemperatur des Heizungswassers in den Heizkessel („Rücklauftemperatur“) so weit abgesenkt wird, dass der Taupunkt des Abgases an den Wärmeübertragerflächen unterschritten wird. Dies kann je nach Konstruktion im Kessel selbst oder auch in einem separaten Wärmeübertrager geschehen. Ein weiteres Prinzip der Brennwertnutzung ist die Verbrennungsluftvorwärmung. In diesem Fall tritt die Kondensation in einem nachgeschalteten Wärmetauscher (Voll-Brennwerttechnik) und/oder im Luft-Abgas-System auf und sorgt für eine Vorwärmung der Verbrennungsluft.


Blockheizkraftwerk (BHKW) 

(Senertec Sachs HKA G 5.5 mit Abgaswärmetauscher, 5 kW Strom, 12 kW Wärme)

Ursprünglich beruhten BHKW-Anlagen auf Verbrennungsmotoren, deren Wärme aus dem Abgas und dem Kühlwasserkreislauf zur Aufheizung von Heizungswasser verwendet wurde. Inzwischen werden auch andere Systeme wie Stirling-Motor, Brennstoffzelle, Mikro- und Kleingasturbinen oder etwa ein Linator zur Stromerzeugung in BHKW-Anlagen eingesetzt. Gerade die letzte Neuentwicklung ist aufgrund der wirtschaftlichen Einsatzfähigkeit im Bereich von Ein- und Mehrfamilienhäusern vielversprechend. Ein BHKW mit einem Linator gewann 2005 den renommierten Energie- und Umweltpreis des Wuppertal-Institutes. 

Als Kraftstoffe kommen vorwiegend fossile oder regenerative Kohlenwasserstoffe wie Heizöl, Pflanzenöl, Biodiesel (für einen Dieselmotor) oder Erdgas bzw. Biogas (für einen Ottomotor, Zündstrahlmotor oder eine Gasturbine) zum Einsatz, daneben auch Holzpellets als nachwachsender Rohstoff in Dampfkraftanlagen.

Bei BHKW-Anlagen auf Basis von Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen fällt Abwärme im Kühlkreislauf und im Abgas an. Sie wird über Wärmeübertrager in den Heizkreislauf der Gebäude-Zentralheizung überführt. So ist ein Wirkungsgrad von bis zu 95 % erreichbar, abhängig von der jeweiligen Auslastung des Motors und dem Motorwirkungsgrad. Der reine elektrische Wirkungsgrad bei Motorvolllast beträgt je nach Brennstoff, Größe und Bauweise (z. B. mit/ohne Turbolader) des Motors und Generators zwischen 20 (bei kleinen BHKW) und 43 % (Dieselmotoren mit Leistungen über 1 MW).

Kleine BHKW (Mikro-KWK) von ca. 1–5 kW elektrischer und ca. 3-15 kW thermischer Leistung eignen sich für den Heizbetrieb von Ein- und Mehrfamilienhäusern im Winter; hinsichtlich des Heizenergiebedarfs moderner, gut isolierter Einfamilienhäuser sind sie jedoch meist überdimensioniert.

Wesentlich für die Wirtschaftlichkeit einer BHKW-Anlage ist eine große jährliche Betriebsstundenzahl im hohen Lastbereich der Kraftmaschine (mehr als 4.000 Volllaststunden pro Jahr sollten erreicht werden). Nur so sind betriebswirtschaftlich die Investitionen in die Anlage durch die finanzielle Vergütung für erzeugte Strom- und Wärmemengen (oder Reduktion der hierfür entstehenden Kosten) in der Regel gerechtfertigt. Bei wärmegeführten BHKW wird daher mit Hilfe der Wärmebedarfskennlinie (einer Kurve, in der aufgetragen ist, wieviele Stunden im Jahr welche Wärmeleistung für die Gebäude erforderlich ist) die Wärmeleistung festgestellt, die etwa 3000 Stunden im Jahr gefordert wird. Die Spitzenwärmeleistung des BHKW wird auf diese Leistung festgelegt; in der Regel sind dies 25-30% des Spitzenwärmebedarfes. Um die Leistung in Stufen erbringen zu können, sind die BHKW meist modular mit mehreren Motoren ausgestattet.

Im Wohnbereich schwankt jedoch der Heizenergiebedarf jahreszeitlich sehr stark, im Hochsommer entsteht er nur für die Brauchwassererwärmung. Nur bei sehr wenigen BHKW-Modellen ist die erzeugte Wärme in einem kleinen Bereich veränderbar ("modulierender Betrieb"). Außerdem können Bedarfsschwankungen begrenzt durch Wärmespeicher ausgeglichen werden, ansonsten ist ein Parallelbetrieb mit einem herkömmlichen Brenner notwendig. Fehlen für solche Schwankungen des Wärmebedarfs ausgleichende Maßnahmen, kommt es zu häufiger An- und Abschaltung ("Takten") der BHKW-Anlage, was ihre Effizienz und Lebensdauer vermindert.