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Biomasse-Heizung im Passivhaus

Eine wesentliche Voraussetzung für eine nachhaltige Energieversorgung mit erneuerbaren Energieträgern für die Wärmeerzeugung ist das Effizienzniveau des Passivhauses mit seinem gegenüber üblichen Neubauten erheblich verringerten Bedarf an Heizwärme.

Neben der besonders günstigen CO2-Bilanz bietet der Einsatz von Biobrennstoffen gerade im Passivhaus eine Reihe von Vorteilen. Aufgrund des extrem niedrigen Heizwärmebedarfs genügen kleine Lagerflächen. Brennstofftransport und –Lagerung werden im Vergleich zur Situation bei konventionellen Gebäuden unproblematisch. Die benötigte Brennstoffmenge könnte, z.B. bei Verwendung von Holzpellets in 15-kg-Säcken, beim Einkaufen mitgebracht werden.

In diesem Beitrag werden Lösungen für Holz- und Holzpelletsheizungen behandelt, die im Wohnraum aufgestellt werden können. Für größere Objekte kommt herkömmliche Anlagentechnik in Form von marktüblichen Stückholz- und Pelletskesseln zum Einsatz.

Feste, flüssige oder gasförmige Biobrennstoffe

Flüssige Biobrennstoffe werden vor allem für Treibstoffe verwendet. Gasförmige Biobrennstoffe haben einen ähnlichen Anwendungsbereich wie Erdgas. Sie werden vermutlich auch in Zukunft beide mehrheitlich den Anwendungen mit höherer Wertschöpfung und höherem Nutzen vorbehalten bleiben.

Bei beiden gibt es keine speziellen Technologien für die Anwendung in Passivhäusern. Die Hauptrolle in Passivhäusern kommt deshalb den festen Biobrennstoffen in Form von Holz- und Holzpellets, und neuerdings auch in Form von Strohpellets und anderen Reststoffen, zu.

Anwendungen für Biobrennstoffe [AkkP 36]


Thermische Gebäudehülle

Ein speziell im Passivhaus wichtiger Aspekt ist der Betrieb des Wärmeerzeugers innerhalb des beheizten Gebäudevolumens, der sogenannten thermischen Gebäudehülle, um Anlagenverluste zu minimieren bzw. diese zu nutzen.

Hier wird zugleich eine mechanische Lüftungsanlage betrieben. Die Versorgung der Feuerstätte mit Verbrennungsluft und insbesondere die erforderlichen Sicherheitseinrichtungen gegenüber Fehlfunktionen der Lüftungsanlage (Zuluft-Filter verstopft) müssen befriedigend gelöst sein. Für eine hochwertige Passivhaus-Gebäudehülle muss auch die Luftdichtheit der Konstruktion sorgfältig sichergestellt werden.

Raumluftabhängiger Betrieb

Raumluftabhängige Betriebsweise kommt im Passivhaus praktisch nicht vor. Würde der Ofen seine Verbrennungsluft aus dem Aufstellraum entnehmen, müsste sicher gestellt sein, dass die Lüftungsanlage während dieser Zeit den zusätzlichen Volumenstrom zur Verfügung stellt. In diesem Fall würde die Lüftungsanlage nicht in Balance betrieben werden, mit vielen schädlichen Folgen. Eine Verbrennungsluftversorgung von außen ist daher im Passivhaus immer notwendig.

Beispiel für raumluftabhängige Betriebsweise.
Für das Passivhaus nicht zugelassen.


Raumluftunabhängiger Betrieb

Von raumluftunabhängiger Betriebsweise spricht man, wenn der Feuerstätte die benötigte Verbrennungsluft in einer dichten Leitung direkt von außen zugeführt wird und gleichzeitig die Feuerstätte selbst erhöhten Dichtheitsanforderungen genügt.

Die Dichtheit der Feuerstätte wird durch eine Prüfung nachgewiesen, im Fall des Pelletsofens nach DIN 18894. Auch die Verbindung von der Feuerstätte zum Schornstein muss besonders sorgfältig ausgeführt werden.

Die Verbrennungsluftzufuhr bedarf gründlicher Planung durch einen Fachmann. So muss z. B. die Luftleitung dicht mit dem Ofen und der luftdichten Ebene des Gebäudes verbunden und eine kalte Luftleitung innerhalb der thermischen Gebäudehülle diffusionsdicht gedämmt werden. Bitte beachten Sie unbedingt die folgende Sicherheitsbetrachtung!

Beispiel für raumluftunabhängige Betriebsweise.
Durch die Verbrennungsluftzufuhr von außen wird die
Balance der Lüftungsanlage nicht beeinflusst.


Sicherheitsbetrachtung

Im Passivhaus kann aufgrund der besonders guten Luftdichtheit der Gebäudehülle bei Fehlfunktionen der Lüftungsanlage (Ausfall des Zuluftventilators, Verstopfung der Filter oder Ansaugöffnung) ein beachtlicher Unterdruck im Gebäude aufgebaut werden. Durch diesen Unterdruck gegenüber dem Brennraum der Feuerstätte kann es über die angesaugten Abgase zu einer erhöhten Kohlenmonoxid-Konzentration innerhalb des Gebäudes kommen.

Die Vorschriften der DIN 18894 für Pelletsöfen sind nicht auf den technischen Hintergrund des Passivhauses abgestimmt! Sie sind offenbar mit Blick auf die Luftdichtheitsanforderung der Energieeinsparverordnung EnEV (n50 = 1,5 h-1) festgelegt worden.

Vor diesem Hintergrund sollte im Passivhaus grundsätzlich immer eine Differenzdrucküberwachung oder eine vergleichbare Sicherheitseinrichtung vorgesehen werden, welche die Lüftungsanlage und/oder den Ofen bei einer Störung abschaltet!

Bei einer Störung in der Lüftungsanlage (z. B. Zuluftventilator ausgefallen,
Zuluft-Filter verstopft oder Ansaugöffnung verschmutzt) kann es durch den
daraus entstehenden Unterdruck zum Austritt von Abgasen in den
Wohnraum kommen.
Eine geeignete Sicherheitseinrichtung schaltet im Störfall die
Lüftungsanlage, ggf. auch die Feuerstätte ab.
Ein Parallelbetrieb von Feuerstätte und Lüftungsanlage ist ohne
geeignete Sicherheitseinrichtung nicht zugelassen!


Feuerstätten für Stückholz oder für Holzpellets

Derzeit marktverfügbare Öfen und Kessel für Festbrennstoffe weisen in Relation zur geringen Heizlast von Passivhäusern Leistungsangaben auf, welche unter Umständen zu temporärer Überwärmung des Aufstellraumes führen können. Insbesondere bei Stückholzöfen und –Kesseln ist die Leistung nach unten, durch die Möglichkeiten eines sauberen Abbrandes kleiner Holzmengen begrenzt.

Pelletsöfen oder –Kessel sind in zahlreichen Varianten auf dem Markt verfügbar. Geräte mit Mindestleistungen von 2 kW und darunter sind bereits am Markt verfügbar. Geräte mit noch kleineren Leistungen sind in der Entwicklung.


Ofen oder Kessel

Bezüglich der Begriffsdefinition kommt es teilweise zu Verunsicherungen. Häufig wird von Primär- oder Kaminöfen mit Wasserwärmetauscher gesprochen. Die korrekte Bezeichnung für ein solches Gerät ist Kessel.

Kesselgeräte, d.h. Wärmeerzeuger mit direkter und indirekter Wärmeabgabe an ein Wassersystem, erfüllen die Anforderungen an ein vollwertiges Heizungssystem. Neben der Bereitstellung der Raumwärme wird vom Wärmeerzeuger häufig auch die Warmwasserbereitung übernommen.

Öfen geben ihre Wärme direkt an den Aufstellraum ab.Kesselgeräte geben nur einen möglichst kleinen Teil ihrer Wärme an den
Aufstellraum ab. Der größere Teil wird in einen Pufferspeicher geleitet und
kann so auch zur Trinkwassererwärmung genutzt werden.


Holz- und Holzpelletsöfen

Bei der Ofenheizung dient der Wärmeerzeuger zur direkten Raumbeheizung. Die Wärme wird über Strahlung und Konvektion an den Wohnraum abgegeben. Für die Wärmeverteilung im Haus gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die einfachste besteht im Öffnen der Zimmertüren, es können aber auch Warmluft-Steigschächte zur Verteilung der Wärme in andere Räume genutzt werden.

Eine reine Ofenheizung wird häufig zusätzlich zu einem anderen Wärmeversorgungssystem betrieben, so dass ein Betrieb unter rein wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht zu rechtfertigen ist. Die Kaufentscheidung wird meist aus dem Wunsch nach Sicherheit der Wärmeversorgung oder nach der Gemütlichkeit, die von einer Flamme im Wohnraum ausgeht getroffen.

Von Vorteil ist beim Einbau einer Ofenheizung in jedem Fall ein großes zusammenhängendes Luftvolumen innerhalb des Gebäudes. Dieses lässt sich am einfachsten über einen offenen Grundriss erreichen.

kaminofen_im_passivhaus.jpg
So haben es viele Bauherren gern:
Ein Kaminofen als Komfortheizung im
Wohnzimmer. Geht das auch im Passiv-
haus? Kann der Ofen gleich als Heizung
für ein ganzes Einfamilienhaus heran-
gezogen werden? (Foto: Hase).
So sieht der Ofen im infraroten Licht der Thermografie aus.
Der größte Teil der Wärmeabgabe erfolgt über Strahlung.
(Thermographie: aus [Sinz 2004] Donau-Universität Krems)


Holz- und Holzpelletskessel

Mittlerweile ist am Markt eine Vielzahl Holz- und Holzpelletskesseln verfügbar. Bei der Auswahl eines geeigneten Gerätes ist darauf zu achten, dass die direkte Wärmeabgabe an den Aufstellraum möglichst gering ist. Mit Hilfe eines Pufferspeichers ist eine gleichmäßige Wärmeabgabe über einen längeren Zeitraum möglich.

Schematischer Aufbau eines Holzpellets-Kessels für die Aufstellung im Wohnbereich.


Anlagenkonfigurationen

Ein Holz- oder Holzpelletskessel kann sehr gut mit einer thermischen Solaranlage kombiniert werden. Neben dem sehr positiven Beitrag zum Primärenergiebedarf gibt es noch einen weiteren Vorteil: Dadurch, dass der Kessel in den Sommermonaten nur äußerst selten anspringt kommt es zu keiner übermäßigen Erwärmung des Aufstellraumes.

Die übermäßige Erwärmung des Aufstellraumes wäre immer dann gegeben, wenn ein Holz- oder Holzpelletskessel, mit relativ hoher direkter Wärmeabgabe an den Aufstellraum, in einem Wohnraum installiert ist und dort im Sommer zur Warmwasserbereitung täglich ein- oder mehrmals in Betrieb geht.

Nachteilig bei der Ausführung eines Holz- oder Holzpelletskessel in Kombination mit einer thermischen Solaranlage sind die relativ hohen Anschaffungskosten.

Für die Dimensionierung und Auslegung von Puffer- oder Kombispeichers und thermischer Solaranlage ist eine detaillierte Planung durch einen Fachmann erforderlich.

Beispiel für eine Heizungsanlage mit Holzpelletskessel, thermischer Solaranlage und Pufferspeicher.
Die Wärmeabgabe erfolgt über ein Heizregister in der Zuluft und einen Heizkreis (z. B. für einen
Badezimmer-Heizkörper)


Verbrauchswerte/Heizkosten

Bei Gebäuden mit sehr geringem Heizwärmebedarf, wie es Passivhäuser sind, stellen die verbrauchsunabhängigen Grundkosten häufig eine hohe anteilige Belastung dar. Bei Biomasseheizungen fallen keine Zählergebühren und Anschlusskosten an.

Bei einer Heizungsanlage mit Pelletskessel in Verbindung mit einer thermischen Solaranlage, einer Energiebezugsfläche von 130 bis 180 m² und 3 bis 5 Bewohnern liegt der jährliche Pelletsverbrauch im Passivhaus in einem Bereich zwischen 600 und 1000 kg. In der Zeit von ca. Mitte März bis ca. Mitte Oktober erlebt man nur sehr selten Wärmebereitstellung durch den Pelletskessel. In dieser Zeit wird die Wärmeanforderung für das Warmwasser fast vollständig durch die Solaranlage gedeckt. Die Kosten für Heizung und Warmwasser belaufen sich somit auf ca. 200,- bis 325,- € pro Jahr (Stand 2010).

Zusammenfassung

In den letzten Jahren wurden auf dem Gebiet der rauchgasdichten Öfen mit raumluftunabhängiger Verbrennungsluftzufuhr sowie der entsprechenden Sicherheitstechnik bedeutende Fortschritte gemacht. Pelletsöfen und -Kessel mit kleiner Leistung bis hin zu Prototypen von Drehrostöfen mit einer minimalen Leistung von 1 kW wurden entwickelt.

Dem Einsatz von Biobrennstoffen im Passivhaus steht nichts im Wege. Erfahrungen aus der Kompaktgeräte-Technologie können weitgehend auch auf Pelletsöfen als Wärmeerzeuger übertragen werden.

Siehe auch

Kompaktgeräte für Lüftung, Heizung und Warmwasserbereitung, Abschnitt „Idee 3: Heizen mit Biomasse: Das Pelletofen-Kompaktgerät

Literatur

[AkkP 36] Heizung mit Biobrennstoffen für Passivhäuser, Protokollband Nr. 36 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser Phase IV, Passivhaus Institut, Darmstadt, 2007

[Dorer 2002] Viktor Dorer und Anne Haas, Heiri Huber: Optimierte Luftheizung für Passivhäuser (PH-Luft) EMPA Dübendorf, Abt. Energiesysteme/Haustechnik, 1HTA Luzern, 2002

[Sinz 2004] Engelbert Sinz: Holzöfen in Passivhäusern Erster Teil: „Quantitative und qualitative Ergebnisse“, Master Thesis am Zentrum für Bauen und Umwelt der Donau-Universität Krems im Zuge des Universitäts- Lehrganges Solararchitektur 2002 - 2004

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