14. Juli 2022

Ein Blick auf das Thema Scheitholzvergaser aus Sicht der Peripherie

Die Scheitholzvergasertechnik hat sich in den vergangenen Jahren stark weiterentwickelt. Was bleibt ist die Notwendigkeit eines Pufferspeichers. Dieser sollte sogar eher größer als zu klein bemessen sein. Weitere wichtige Faktoren im funktionierenden Zusammenspiel zwischen Kessel und Speicher sind das Rohrsystem und die Pumpe. Wir zeigen, worauf es ankommt.

Pufferspeicher ja oder nein? Für Holzpellets ist das schon seit längerem in der Diskussion, weil sie immer breiter modulieren können. Für Scheitholz ist es trotz der Tatsache, dass auch Vergaser in gewissem Umfang modulieren können, keine Option. Denn eine Installation ohne Pufferspeicher hätte häufige Start-Stopp-Phasen des Kessels zur Folge und damit auch eine suboptimale Verbrennung, mehr Asche und einen erhöhten Stromverbrauch wegen der vielen Zündphasen. Für Scheitholzvergaser gehört ein Pufferspeicher also zur notwendigen Grundausstattung.

Verschiedene Bezugsgrößen
In der Praxis stellt sich die Frage, wie groß ein Pufferspeicher dimensioniert sein sollte. In Deutschland schreibt die 1. BImSchV mindestens 55 l Wasserinhalt pro kW Kesselleistung vor. Übers BAFABEG-Programm erhalten Scheitholzvergaser nur in Verbindung mit mindestens 55 l Puffer pro kW eine Förderung. Allerdings ist der Bezug der Speichergröße auf die Kesselleistung bei genauerer Betrachtung nicht zielführend, selbst wenn unbedingt immer auch die Heizlast des Gebäudes berücksichtigt werden muss. Vielmehr zählt aber, das Pufferspeichervolumen nach dem Fassungsvermögen des Füllraums zu bemessen. Denn die kW-Zahl ist in diesem Zusammenhang ja nur die Größe dafür, wie schnell der Kessel das Brenngut abarbeiten kann. Genauso wichtig ist aber auch, wieviel Brennstoff pro Ladevorgang verbrannt wird und hier ist das Volumen des Füllraums die bestimmende Größe. Schlussendlich bezieht das l/kW-Verhältnis auch nicht das Verhalten des Benutzers ein. Wer möglichst selten Holz nachfüllen will, also immer volllädt, benötigt tendenziell einen größeren Pufferspeicher als jener, dem häufigeres Nachladen nichts ausmacht.

Die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gibt in ihrer nach wie vor aktuellen Marktübersicht „Scheitholzvergaserkessel/Kombikessel 2020“ eine Orientierung, was man als „großen“ und was man als „kleinen“ Speicher sehen kann: Wer ohne Probleme auch mehrere Befüll- bzw. Nachlegeintervalle pro Tag akzeptiere, könne sich an der Untergrenze von 55 l/kW orientieren. Ein Nutzer, der von seinem Kessel einen weitgehend autonomen Betrieb erwarte oder aus Zeitgründen nur maximal einmal pro Tag nachlegen könne oder wolle, sollte eher ein Pufferspeichervolumen von 100 l/kW wählen, heißt es. Die FNR sieht damit auch einen Pufferspeicher, der die BImSchV-Vorschrift erfüllt, eher als einen kleinen Speicher an. Die 1. BImSchV „übersetzt“ indes die l/kW Untergrenze auch in l pro l Füllraum: mindestens 55 l/kW bzw. mindestens 12 l pro l Füllraum. 

Die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gibt in ihrer nach wie vor aktuellen Marktübersicht „Scheitholzvergaserkessel/Kombikessel 2020“ eine Orientierung, was man als „großen“ und was man als „kleinen“ Speicher sehen kann: Wer ohne Probleme auch mehrere Befüll- bzw. Nachlegeintervalle pro Tag akzeptiere, könne sich an der Untergrenze von 55 l/kW orientieren. Ein Nutzer, der von seinem Kessel einen weitgehend autonomen Betrieb erwarte oder aus Zeitgründen nur maximal einmal pro Tag nachlegen könne oder wolle, sollte eher ein Pufferspeichervolumen von 100 l/kW wählen, heißt es. Die FNR sieht damit auch einen Pufferspeicher, der die BImSchV-Vorschrift erfüllt, eher als einen kleinen Speicher an. Die 1. BImSchV „übersetzt“ indes die l/kW Untergrenze auch in l pro l Füllraum: mindestens 55 l/kW bzw. mindestens 12 l pro l Füllraum.

Hersteller teilen die Sicht
Die von uns befragten Hersteller teilen die FNR-Sicht. Selbst wenn die konkreten Empfehlungen auseinander gehen, ist doch der Tenor gleich, dass man eher größer dimensionieren sollte. „Generell ist bei einem Stückholzkessel der Pufferspeicher nie zu groß, denn dies bedeutet Komfort“, sagt beispielsweise ETA-Geschäftsführer Ferdinand Tischler. Bei einem händisch beschickten Kessel würde er das Puffervolumen eher vom Füllrauminhalt ableiten und nicht unbedingt von der Kesselleistung.

Kesselhersteller HDG Bavaria empfiehlt in der Regel ebenfalls immer mehr Puffervolumen als in der 1. BImSchV gefordert ist: „Wir empfehlen bei Scheitholzkesseln bis 30 kW mindestens 2000 l Pufferspeicher. Ab 30 kW empfehlen wir sogar mindestens 3000 l Speicher. Unsere Kunden bauen aber häufig sogar noch einen größeren Speicher ein“, berichtet Florian Mittermeier, Produktmanager bei HDG.

KWB empfiehlt als Faustregel 16 l Puffer pro l Füllraum. Produktmanager Manfred Breitenbrunner erläutert auch, wieso zwischen Groß und Klein allerdings immer eine gewisse Jonglage besteht: „Ist der Puffer zu klein dimensioniert, schaltet sich der Kessel immer wieder in den Betriebszustand „Feuer-Erhaltung“. In diesem Betriebszustand wird die Verbrennungsluft auf ein Minimum reduziert, die Flamme erlischt und es kommt zu Teerbildung im Füllraum. Ist der Puffer hingegen zu groß dimensioniert, sind auch die Abstrahlverluste (Wärme) vom Puffer viel größer. Empfehlenswert ist natürlich ein auf die jeweilige Anforderung individuell dimensionierter Pufferspeicher. Im Zweifelsfall ist eine Überdimensionierung besser als ein zu kleiner Pufferspeicher. Ein zu großer Pufferspeicher bereitet der Anlage keine Probleme, er hat aber mehr Abstrahlungsverluste.“

Horst Seeger, Schulungsreferent bei Windhager, bringt noch einen weiteren Aspekt pro größerer Pufferspeicherdimensionierung ein als die vom Gesetzgeber geforderte. Zwar wären z. B. bei einem 18-kW-Kessel ein Puffer mit 990 l rein rechnerisch förderfähig. Er argumentiert aber, dass das für den Komfort nicht förderlich sei: „Ein Betreiber solcher Anlagen kann in den Übergangszeiten seinen Kessel nicht voll schichten. Er muss genau schauen, was noch in den Kessel darf bzw. was der Puffer noch aufnehmen kann.“

Rohrsysteme und Pumpe
Auf die Effizienz und Funktionalität des Systems nimmt aber nicht nur der Speicher Einfluss, sondern auch das Rohrsystem zwischen Kessel und Speicher sowie die Pumpe. Horst Seeger von Windhager erklärt: „Wenn Rohrsysteme im Querschnitt zu klein dimensioniert sind oder zu viele Bögen montiert werden, erhöht sich der Widerstand und der Kessel bekommt seine Leistung nicht schnell genug in den Puffer. Der Kessel muss länger brennen und kommt evtl. an seine untere Modulationsgrenze, wodurch er auch wieder in einen Schwelbrand geraten kann.“ Florian Mittermeier von HDG merkt außerdem an, dass eine zu kleine Auslegung der Rohrsysteme turbulente Strömungen verursachen und damit den Pufferspeicher ungewollt durchmischen kann.

Wichtig sei auch die Dimensionierung der Pufferladepumpe. Diese müsse auf die maximale Kesselleistung ausgelegt werden. „Eine überdimensionierte Pumpe ist dabei weniger problematisch, da die Drehzahl von der Regelung reduziert wird“, so Manfred Breitenbrunner von KWB.

Alle an unserer Umfrage Beteiligten empfehlen wärmstens, sich an die Auslegungskonzepte der Hersteller zu halten. „Wenn man dies beachtet, dann sollte nichts schiefgehen“, resümiert Ferdinand Tischler von ETA.

Einbindung von Solarthermie
Bei Scheitholzkesseln wird meistens ein klassischer Standard-Pufferspeicher verwendet. Doch wie sieht die Speicher-Typenwahl aus, wenn man noch eine Solarthermie-Anlage einbinden möchte? Auch hier sind die Lösungen individuell verschieden. Florian Mittermeier von HDG sagt dazu: „Hierbei setzt man Speicher mit einem oder zwei Glattrohrwärmetauschern ein. Bei größerem Pufferspeichervolumen empfiehlt sich der Einsatz von zwei Glattrohrwärmetauschern, weil hiermit das Temperaturniveau im oberen Bereich schnell auf den gewünschten Wert gebracht werden kann. Bei größeren Solaranlagen (z. B. › 20 m²) empfiehlt sich der Einsatz eines Trennsystems. Für den Solarertrag muss genügend Volumen im Speicher verfügbar sein. In der Praxis haben sich Speichervolumina von 50 bis 75 l pro m² Kollektorfläche bewährt.“ KWB empfiehlt einen Standard-Pufferspeicher, ergänzt um ein Solarregister.

Wissenswertes zu Holz
Der Heizwert von Holz hängt entscheidend von seinem Wassergehalt ab, weniger von seiner Dichte. Luft-trockenes Brennholz (Wassergehalt 15 bis 20 %, Buche, Birke) besitzt einen durchschnittlichen Heizwert von 4 kWh/kg (Zum Vergleich: Holzpellets kommen auf 5 kWh/kg, Heizöl auf ca. 10 kWh/l). Frisch geschlagenes Holz mit einem Wassergehalt von 50 % und mehr hingegen kommt nur auf die Hälfte, ca. 2 kWh/kg.

Entgegen landläufiger Vorstellung ist die Buche nicht Spitzenreiter beim Heizwert je Kilogramm, sondern wird von Nadelholz (Fichte, Kiefer) übertroffen, wenn auch nur leicht, da diese Baumarten einen höheren Anteil an Ligninen und Harzen besitzen.

Wenn Holz richtig gelagert wurde, kann es seine optimale „Brennreife“ bereits nach einem Jahr Trocknung erreichen. Zu den Messgrößen der Forstwirtschaft für Holz: 1 Festmeter (Fm) = 1,4 Raummeter (Rm, auch „Ster“ genannt). 1 Raummeter = 1,8 Schüttraummeter (SRm).

Autor: Dittmar Koop, Journalist für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz