Was ist ein Holzpellets-Brennwertkessel?

In meiner kleinen Reihe zum Thema Brennwerttechnik geht es mir heute um einen ganz speziellen Kandidaten; den Holzpellets-Brennwertkessel. Wie ein solcher Kessel aufgebaut ist und wie er Holz zu Wärme macht, steht hier.

Aufbau- und Funktionsweise

Die Holzpellets lagert der Kesselbetreiber zum Beispiel in einem extra dafür vorgesehenen Lagerraum. Alternativ wären Pelletslagersysteme im Heizungsraum. Mit unterschiedlicher Transporttechnik, zum Beispiel Sauggebläse oder Förderschnecke, auf jeden Fall aber vollautomatisch, werden die Pellets vom Lager zum Brennwertkessel befördert. In dessen Brennkammer werden sie entzündet und verbrennen dort. Auch die Verbrennung geschieht automatisch. Ein elektrisches Sauggebläse regelt selbständig die dafür nötige Luftzufuhr. Das dank der Verbrennungswärme und Abluftwärme erhitzte Heizwasser schickt der Brennwertkessel in den Heizkreislauf. Das erkaltete Rücklaufwasser wird ihm wieder zugeführt, das er dann aufs Neue erhitzt.

Den typischen Aufbau kann man folgender Grafik entnehmen, die einen Schnitt durch den Holzpellets-Brennwertkessel PELEO OPTIMA von Hersteller Paradigma zeig:

Die einzelnen Bauteile der Biomasseheizung sind schnell erklärt:

1. Hier werden die Pellets antransportiert: Über die sogenannte Pelletzuführung 01, die mit einem Vakuumsaugsystem arbeitet, gelangen die Holzpellets in den etwa 50 Liter fassenden Zwischenbehälter (03).
2. Bedienen lässt sich der Holzpellets-Brennwertkessel über das Touch-Display 02.
3. Der Zwischenbehälter nimmt etwa 32 Kilogramm Holzpellets auf und lagert sie zwischen, so dass sie dosiert an die Brennkammer weitergegeben werden können.
4. Die Unterdruckmessung 04.
5. Die geprüfte Rückbrandsicherung 05 verhindert, dass sich der Verbrennungsprozess rückwärts bis zum Pelletlager „fortfrisst“.
6. Auf dem Multisegment-Brandteller 06 findet die Verbrennung statt. Dort landen die Holzpellets, die aus dem Zwischenbehälter 03 angeliefert wurden.
7. Das, was an Asche anfällt, fällt in die Komfort-Aschebox, die 13,9 Liter beziehungsweise 7,5 kg (mit Verdichtung) fasst.
8. Der Austrag der Asche funktioniert automatisch über das gleichnamige Bauteil: die automatische Ascheaustragung 08.
9. Gezündet wird die Verbrennung mit Hilfe der E-Zündung mit Glühstab 09 (nur 250 Watt Leistung).
10. Das Flammrohr 10 besteht aus Feuerfestbeton.
11. Der Edelstahl-Brennwertwärmetauscher 11 mit bis zu 107,3 Prozent Wirkungsgrad überträgt die Verbrennungswärme auf das Heizwasser.
12. Die Edelstahl-Brennkammer 12 sorgt für die optimale Verbrennungstemperatur des Brennwertkessels.
13. Der Brennraumsensor 13 überwacht den Verbrennungsprozess in der Brennkammer.
14. Der hier beispielhaft gezeigte Brennwertkessel verfügt über eine vollautomatische Wärmetauscherreinigung 14, die sowohl mechanisch als auch mit Wasser funktioniert.
15. Über den Wartungs- und Reinigungszugang lässt sich einfach auf das Innenleben des Brennwertkessels zugreifen.

Wie kommen Nutzungsgrade von mehr als 100 Prozent zustande?

Ein herkömmlicher Heizkessel (auch Standardkessel genannt) kommt auf Nutzungsgrade um die 70 Prozent. Niedertemperaturkessel schneiden da schon besser ab: Ihr Nutzungsgrad liegt bei etwa 85 Prozent.

Um den Wirkungs- beziehungsweise Nutzungsgrad der Heizkessel zu berechnen, greift man auf den sogenannten Heizwert zurück: Der informiert darüber, wie viel Energie theoretisch bei der Verbrennung von Erdgas erzeugt werden könnte. Ein Heizkessel, der den Erdgaswert schafft, hat damit 100 Prozent Effizienz. Allerdings geht bei den vorgenannten Systemen die Wärmeenergie, die in den Abgasen der Verbrennung steckt, über den Schornstein ungenutzt verloren.

Da ein Brennwertkessel diese Abgaswärme jedoch nutzt, kommt er mitunter auf höhere Nutzgrade als 100 Prozent. Je nach Systemtemperatur der Wärmeverbraucher erhöht sich der Wirkungsgrad dank Brennwerttechnik um bis zu 15 Prozent. Bei Pelletsheizungen mit einem Wirkungsgrad von etwa 92 Prozent steigert die Brennwerttechnik diesen beim hier beispielhaft angeführten Holzpellets-Brennwertkessel PELEO OPTIMA von Paradigma entsprechend auf 107,3 Prozent.

Würde man statt des Heizwerts den Brennwert zur Berechnung der Nutzungsgrade heranziehen, käme man bei Brennwertkesseln auf Werte zwischen 94 und 96 Prozent. Der Brennwert ergibt sich nämlich aus der gesamten Energie, die bei der Verfeuerung erzeugt wird: Der Brennwert ist demnach gleich der Summe aus Verbrennungswärme (Nutzwärme) plus Kondensationswärme aus den Abgasen (Abwärme).

Die folgende Grafik verdeutlicht das Ganze noch einmal:

Warum sagt man, dass ein Holzpellets-Brennwertkessel CO₂-neutral arbeitet?

Diese Aussage beruht auf dem Fakt, dass Holz, also auch zu Pellets verarbeitetes Holz, bei der Verbrennung Sonnenenergie freisetzt, die es während des Wachstums mit Hilfe der Photosynthese als Biomasse gespeichert hat. Das dazu benötigte Kohlendioxid wird teils als Kohlenstoff gespeichert und teils als Sauerstoff freigesetzt. Beim Verbrennen der Holzpellets wird der gebundene Kohlenstoff wieder an die Atmosphäre abgegeben. Es entsteht infolge der Verbrennung genau so viel CO₂, wie der Baum in seiner Wachstumsphase aus der Atmosphäre aufgenommen hat. Da sich nach dieser Denkweise CO₂-Aufnahme und CO₂-Abgabe die Waage halten, spricht man von einer CO₂-Neutralität der entsprechend arbeitenden Verbrennungs-Geräte. Zur Kritik an dieser Denkweise habe ich bereits hier in meinem Blogpost „Wie klimaneutral ist das Heizen mit Holz?“ etwas geschrieben.

Holzpellets-Brennwertkessel: Vor- und Nachteile

Den im Vorgeschriebenen bereits angeklungenen Vorteilen, die ein Holzpellets-Brennwertkessel bringt, darunter:

• hohe Effizienz mit Nutzungsgraden größer 100 Prozent,
• CO₂-neutrale Verbrennung,
• preiswerter Brennstoff: Holzpellets kosten bis zu einem Drittel weniger als Heizöl und –gas
• und vollautomatischer Betrieb,

stehen auch einige Nachteile gegenüber. Dazu zählen:

• der hohe Anschaffungspreis
• die zu entsorgende Aschemenge
• der Platzbedarf für Brennwertkessel und Holzpelletsvorrat
• die Einrichtung eines aufwändigen Systems zur Brennstoffzufuhr
• die Geruchsbelästigung, die das Verfeuern von Holzpellets verursacht.

Grafiken: Paradigma