Forschungs- und Innovationsprojekt Wood Stove 2020
Entwicklung der nächsten Generation sauberer Holzöfen

Kaminofen im Betrieb mit brennenden Holzscheiten
Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen sind heutzutage eine bedeutende Technologie zur Bereitstellung regenerativer Wärme in Europa. Begünstigt durch EU-weite und nationale Fördermaßnahmen zur Energie- und Wärmebereitstellung aus Biomasse wird für den europäischen Markt für häusliche Biomassefeuerungen ein Zuwachs von ca. 130 % bis 2020 (basierend auf Zahlen aus 2009) erwartet. Hierbei dominieren die Einzelraumfeuerstätten und werden auch weiterhin zunehmen. Laut Marktanalysen wird ein jährlicher Zuwachs von 2.200.000 Einzelraumfeuerstätten (Scheitholz und Pellets) für Europa bis 2020 vorhergesagt. Dieses zusätzliche Potential an erneuerbarer Energie trägt deutlich zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen der EU bei. Allerdings ist auch bekannt, dass Kaminöfen hohe Kohlenmomoxid (CO)-, Kohlenwasserstoff- und Feinstaubemissionen aufweisen. Dennoch konnte in einem vorangegangenen Projekt (ERA-NET FutureBioTec 2009) gezeigt werden, dass durch die Anwendung fortschrittlicher Verbrennungskonzepte und moderner Computersimulationen eine signifikante Reduzierung der Emissionen möglich ist, selbst verglichen mit Kaminöfen nach Stand der Technik (60 % für CO, 85 % für OGC, und 55 % für Staub). Das Projekt Wood Stoves 2020 knüpft direkt an diese Ergebnisse an. Die Entwicklung innovativer Maßnahmen und Technologien soll zur weiteren Reduzierung der Emissionen von Kaminöfen, der Steigerung des Wirkungsgrades und der Erweiterung des möglichen Einsatzgebietes von einer ausschließlichen Einzelraum- zur Zentralheizung unterstützen. Letzteres könnte vor allem für die zukünftige Anwendung in Niedrigenergiehäusern relevant sein.

Ziel

Das Projekt zielt darauf ab, umfassende Verbesserungen bei kleinen Scheitholz Kaminöfen herbeizuführen. Die angewendeten Technologien sollen hinsichtlich des Schadstoffausstoßes und der Brennstoffausnutzung deutlich und nachhaltig weiterentwickelt werden. Dabei steht nicht nur die eigentliche Ofentechnik, sondern das gesamte System im Blickpunkt. Das heißt, dass auch technologische Verbesserungen zur automatischen Luftmengenregelung, zur Wärmespeicherung, zur Schornsteinzugregelung, aber auch die Minimierung des Bedienereinflusses und der Stillstandverluste angestrebt werden. Als Ergebnis sollen Lösungen für eine erfolgreiche Systemeinbindung von Holzöfen mit hohem Wirkungsgrad angeboten werden. Mit den neu entwickelten Technologien sollen die Emissionen zwischen 50 und 80 % verringert und der Wirkungsgrad auf über 90 % gesteigert werden. Wären in Zukunft alle neu eingebauten Kaminöfen in Europa mit diesen neuen Technologien ausgestattet, wäre eine Reduzierung der Feinstaubemissionen von 60 – 90 % erreichbar.

Projektinhalte und Arbeitsplan

Automatische Steuerung / Regelungen für Kaminöfen

  • Auswahl von Sensoren für relevante Abgaskomponenten und anderer geeigneter Parameter die bereits verfügbar oder nahe an der Marktreife sind sowie vorläufige Einschätzung der Eignung für die Regelung/ Steuerung in Kaminöfen.
  • Bewertung der Eignung der ausgewählten Sensoren zur Steuerung / Regelung von Kaminöfen hinsichtlich der gemessenen Parameter, Signal Eigenschaften, Widerstandsfähigkeit gegen thermische, mechanische und chemische Beanspruchung.
  • Entwicklung, Implementierung und Validierung von Steuerungs- / Regelungsalgorithmen für integrierte Systeme an drei fortschrittlichen Kaminöfen.
  • Entwicklung, Implementierung und Validierung universeller nachrüstbarer Steuerungen/ Regelungen.

Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen

  • Bewertung des Potenzials optimierter Ofenraumgeometrien und neuartiger Luftstufungsstrategien.
  • Entwicklung von Konzepten zur Integrierung von Katalysatoren zur effektiven Reduktion der Emissionen von Kaminöfen.
  • Bewertung der Potentiale zur Feinstaubminderung von keramischen Einbauten in der Praxis.

Erhöhung der Effizienz und der Verfügbarkeit

  • Entwicklung und Integration eines Latentwärmespeichers (PCM).
  • Bewertung neuer Konzepte zur Vermeidung von Stillstandsverlusten und Erhöhung des Systemwirkungsgrades.
  • Bewertung fortschrittlicher Zugbegrenzer zur Wirkungsgradsteigerung.

Test und Bewertung der entwickelten Technologien

  • Bereitstellung einer Prüfmethode mit definierten reproduzierbaren Messmethoden und Abläufen.
  • Quantifizierung des Effekts der optimierten Öfen- und Systemkomponenten hinsichtlich der Emissionsminderung und Wirkungsgradsteigerung.

Ausarbeitung und Veröffentlichung von Leitlinien zur Planung zukünftiger Kaminöfen mit niedrigen Emissionen und die Nachrüstung alter Kaminöfen.

  • Erstellung eines anwenderfreundlichen Leitfadens für Kaminofenentwickler oder Fördereinrichtungen der alle Empfehlungen abgeleitet aus den technologischen Errungenschaften beinhaltet.
  • Veröffentlichung der Projektergebnisse und Verbesserungsmöglichkeiten.

Ergebnisse

Projektinformationen:
Projektleitung: Dr. Hans Hartmann
Projektbearbeitung: Robert Mack (Verbrennung), Elisabeth Rist (Verbrennung), Benedikt Haas (Versuchstechnik), Stephan Winter (Versuchstechnik)
Laufzeit: 01.04.2014–31.03.2017
Finanzierung: Förderschwerpunkt "Nachwachsende Rohstoffe" des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Vergabe über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.
Projektpartner: RISE – Research Institutes of Sweden (Sweden), BIOS – BIOS Bioenergiesysteme GmbH (Österreich), Kutzner+Weber GmbH (Deutschland), RIKA Innovative Ofentechnik GmbH (Österreich), Nibe AB (Schweden),
Förderkennzeichen: 22016813

Partner Information
Projekt Koordination: Technologie- und Förderzentrum (TFZ), Straubing (Deutschland)
Deutsche Finanzierung im Förderschwerpunkt „Nachwachsende Rohstoffe“ des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Vergabe über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.
Projektpartner: RISE – Research Institutes of Sweden (Schweden), BIOS – BIOS Bioenergiesysteme GmbH (Österreich), Kutzner+Weber GmbH (Deutschland), RIKA Innovative Ofentechnik GmbH (Österreich), Nibe AB (Schweden), DTU – Technical University of Denmark (Dänemark), HWAM (Dänemark)