Holzheizer Wiki >>> Grundsätzliche Planungsüberlegungen einer Heizungsanlage

Einleitung

Da die Heizkosten in der Vergangenheit immer mehr gestiegen sind, stehen viele vor der Entscheidung, welches Heizungssystem ich austausche bzw. ergänzen könnte. Nicht nur Gas, Öl oder Strom werden teurer, auch Holz. Dennoch wird Holz als Energieträger auch auf Dauer günstiger sein als Gas oder Öl. Der Grund: Wenn die Holzheizung genauso teuer ist wie die Gas- oder Ölheizung, wird sich sicherlich kaum noch jemand die Mühe machen, das Holz zu sägen, spalten, lagern und den Ofen zu beschicken. Die Nachfrage sinkt und nach dem Gesetz „Angebot und Nachfrage regeln den Preis“ wird der Holzpreis sinken. Heute ist die Situation so, dass man mit einer Holzheizung die laufenden Energiekosten fast halbieren könnte.

Ein weiterer Aspekt ist natürlich auch der Umweltgedanke. Mit Holz zu heizen ist umweltpolitisch ein Nullsummenspiel. Das, was der Baum an Schadstoffen aus der Luft gereinigt hat, wird bei richtiger Verbrennung wieder im gleichen Verhältnis zurück in die Umwelt gegeben. Holz ist auch ein Rohstoff, der direkt vor Ort entsteht und die Energiebilanz wird nicht durch den Transport stark beeinträchtigt.

Viele heizen mit Kaminöfen. Hier ein paar Nachteile gegenüber HV:

- oft stündliches Nachlegen von Holz

- Schmutz in der Wohnung

- die Räume müssen öfter gestrichen werden, da die Raumecken unter der Decke schnell bräunlich wurden

- Wärme entsteht nur lokal am Aufstellort des Kaminofens

- Wärme am Aufstellort des Kaminofens häufig über 26 Grad

- Wärme kann sehr schlecht auf andere Räume verteilt werden

- Häufig blieben alle Türen auf, damit die Wärme sich so weit wie möglich verteilen konnte

Einige Aspekte, die für einen Holzvergaser / Atmos sprechen:

• Wirkungsgrad über 90 Prozent

• Zuschuss von der BAFA in 2008 (1.125 Euro)

• wenige technische Spielereien am Kessel

• lange Erfahrungswerte beim Kesselbau

• das sehr gute Preis / Leistungsverhältnis

• ein Forum, das den Anwender bei Problem unterstützt

Um ein Gefühl hinsichtlich des Wirkungsgrades zu erlangen, hier ein kurzer Überblick:

90 %.................Moderne Gas- und Ölheizungen

20 - 30 %..........offener Kamin

bis 90 %............Pellets-Modelle

40 - 80 %..........Kaminöfen

bis ca. 85 %......Kaminöfen mit Wassertaschen

bis über 90 %...Holzvergaser

über 90 %.........Mini-BHKW’S--420 (Diskussion) 19:41, 31. Jan. 2013 (CET)

Grundsätzliche Planungsüberlegungen

Wer sich dazu entschließt mit Holz zu heizen, sollte eine sichere Bezugsquelle haben. Natürlich muss man sich über die Arbeit, den Platzbedarf und über das entsprechende Equipment zum Spalten, Sägen und Lagern im Klaren sein. Da z.B. Buchenholz 2 Jahre zum trocknen benötigen, sollte die Menge und der Platzbedarf im Voraus geplant werden. Bei Weichholz wie Tanne oder Fichte benötigt man nicht ganz so viel Stapelfläche wie bei Hartholz. Tannen- oder Fichtenholz trocknet innerhalb 1 Jahres auf ca. 20 Prozent Restfeuchte herunter. Deshalb muss man es nicht so lange bevorraten wie Buchenholz. Wer mit Buchenholz heißt, benötigt den Platzbedarf für 2 oder sogar 3 Jahre an Lagerfläche. Da der Energiegehalt pro Festmeter bei Tanne geringer als bei Buche ist, benötigt man zum Heizen wiederum mehr Holz als dies bei Buchenholz nötig wäre. Da aber bei Tannenzholz nur für 1 Jahr bevorratet werden muss, ist der Gesamtplatzbedarf etwas weniger. Die Erfahrung zeigt aber, dass Holzheizer „NIE GENUNG“ Holz als Vorrat haben können. Weniger Platz wird benötigt, wenn fast nur mit Holzbriketts geheizt werden soll.

Neben dem Rohstoff Holz oder auch Holzbriketts, muss der entsprechende Platzbedarf der Kesselanlage und der Puffer eingeplant werden. Zusätzliche Voraussetzungen, wie z.B. der Kaminzug, Kamingröße, Luftzufuhr für die Verbrennung müssen zum Betreiben eines HV‘s abgeklärt werden. Das Bundesimmisionsschutzgesetz muss an dieser Stelle auch kurz erwähnt werden. Dies Gesetz ist aber im Augenblick für die Holzvergaser der GSE-Serie relativ bedeutungslos, da diese Kesseltypen so gut sind, dass sie sogar von der BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) gefördert werden. Wenn dann nur mit Holz geheizt werden soll, müssen Ausnahmesituationen berücksichtigt werden. Was passiert im Urlaub? Im Sommer ist das kein Problem, aber was ist im Winter? In dieser Jahreszeit muss die Anlage alleine schon aus Sicht des Frostschutzes alle paar Tage einmal durchgeheizt werden. Was ist bei Krankheit? Was ist, wenn man, aus welchen Gründen auch immer, verhindert ist zu Heizen? Deshalb kann es sinnvoll sein, seine alte Heizung als Notheizung mit ein zu planen. Eine andere Möglichkeit der Sicherung wäre, eine Elektroheizung (Elektrostäbe) mit in die Puffer zu verbauen. Zusätzlich planen viele auch eine mögliche Einbindung einer Solaranlage mit ein. Dies muss am Anfang mit berücksichtigt werden, da die Auswahl der Wärmepuffer dann eine Rolle spielt. Sollte die Solaranlage groß genug sein, könnte sie im Winter sogar den Frostschutz der gesamten Anlage bei Abwesenheit garantieren.--420 (Diskussion) 19:45, 31. Jan. 2013 (CET)

Holz

Der Spruch: „Wer mit Holz heizt, dem wird es öfter warm“, entspricht der Wahrheit. Wer einen sportlichen Ausgleich zu seiner Arbeit benötigt, kann dies sehr gut beim Fällen, Sägen, Spalten und Packen realisieren. Um in einem Wald Bäume fällen zu dürfen, benötigt man ab 2008 einen Sägeschein. Wer sich Langholz nach Hause fahren lässt, kann dort ohne Schein mit einer Kettensäge die Stämme auf entsprechende Länge schneiden. Dennoch ist ein Sägeschein und natürlich auch die richtige Schutzkleidung zu empfehlen. Unfälle können durch gezielte Informationen und Übungen vermieden werden.

Für das Spalten werden häufig maschinelle Holzspalter, Spalthammer, Spaltäxte, gerade und/oder auch gedrehte Keile verwendet. Dies ist nicht nur eine sportlich Entscheidung, sondern auch eine Frage des Preises. Wenn die Einteilung vorab auf Meterstücke erfolgte, kann für das Sägen auf entsprechende Endlängen zum Heizen eine Kippsäge verwenden werden. Diese verursacht, auf Grund des schmaleren Sägeblattes gegenüber der Kettensäge, weniger Sägespäne.

Wenn jetzt schon klar ist, welcher HV gekauft werden soll, kann dies bei der Länge der Holzscheite berücksichtigt werden. Kürzere Längen bedeutet erheblich mehr Arbeit beim Sägen Packen. Zum Trocknen kann das Holz einfach aufeinander geschüttet oder auch gepackt werden. So gibt es verschiedene Packtechniken. Z.B. in Reihe, in einer Miete (rund), in Kreuzlage, in einer Gitterbox gepackt oder geworfen usw.

Damit das Holz schneller trocknet, sollte es luftig, mit der Schnittfläche nach oben gestapelt sein. Wird das Holz oben mit einer Plane abgedeckt, steigt die Luftfeuchtigkeit aus dem Holz hoch und staut sich dort unter der Plane. Die Lösung ist relativ einfach. Man nimmt Paletten als oberste Schicht und legt eine Plane über die Paletten. Somit ist eine Luftzirkulation gewährleistet. Weiterhin sollte auch von unten Luft an das Holz kommen. Dort haben sich Paletten auch gut bewährt. Die Trocknung kann bis zu 30 % schneller erfolgen.

Wenn jedoch das Holz ohne Abdeckung draußen gestapelt wird, sollte die Schnittfläche nach unten und die Rinde nach oben zeigen. Wenn es regnet, kann das Wasser nicht so schnell in das Holz einziehen. Die Rinde bietet doch einen relativ guten Schutz.

Da das Heizmaterial oft 2 bis 3 Jahre zum Trocknen lagern muss und das im Rotationsverfahren, muss immer relativ viel Platz für das Holz eingeplant werden. Für den Holzvergaser benötigt man immer nur trockenes Holz mit einer Restfeuchte von weniger als 20 Prozent. Die Restfeucht kann mit einem Feuchtigkeitsmesser gemessen werden. Dabei muss beachtet werden, dass nicht längst der Faser, sondern quer der Faser gemessen wird. Der Kostenfaktor dafür beträgt ca. 10 Euro.

Weiterhin können auch alle Holzabfälle beim Spalten und Sägen für den Holzvergaser getrocknet und verwendet werden. Spaltreste können zum Anzünden und Sägemehl kann zu geringen Teilen bei der Befüllung des Holzvergasers dazu gemischt werden. Das Entsorgen der Spaltreste und des Sägemehls entfällt.

Holz sollte grundsätzlich im Winter geschlagen werden. Grund: der Saft ist aus den Bäumen und das Spalten ist erheblich leichter, als wenn Holz im Sommer geschlagen wurde. Geschlagene Bäume oder auch schon gesägte Meterstücke sollten nicht bis zum Sommer zum Spalten liegen bleiben. Wenn dies geschieht ist das Holz schon angetrocknet und das Spalten ist erheblich schwerer. Den Zeitpunkt des Holzschlagens wurde von unseren Uhrgroßvätern an der Mondfase ausgerichtet. Es kam darauf an, wofür man welches Holz benötigte. So wurden Bäume für den Hausbau zu anderen Zeiten geschlagen, als einfaches Kaminholz. Dieses Wissen wird heute in einigen Bereichen Deutschlands wieder aufgefrischt und angewendet.

Die Frage, ob Weichholz oder Hartholz für den HV genommen werden soll, ist reine Ansichtssache. Heizen kann mit beiden Sorten von Holz, sogar mit Holzbriketts. Der Vorteil bei Weichholz wie Tanne oder Kiefer ist, dass das Gewicht der Holzscheite gering ist und das die Trocknung auf 20 % Restfeuchte oft nur 1 Jahr dauert. Bei Buchen- oder Eichenholz dauert die Trocknung 2 oder sogar 3 Jahre.

Wenn zu viel Restfeuchte im Holz ist, wird diese zuerst im Holzvergaser verdampft. Dabei geht Energie verloren, die wir nicht nutzen können. Jedes Holz hat einen speziellen Energiegehalt. Häufig meinen viele den Energiegehalt pro Festmeter oder Raummeter, und nicht pro Kilogramm getrocknetes Holz. Wenn das trockene Holz pro Kilogramm bezahlt werden würde, wäre Tanne, Kiefer oder Ficht die erste Wahl. Dies deshalb, da der Energiegehalt pro Kg bei diesen Holzarten höher liegt, als bei Buche oder sogar Eiche (siehe nachfolgende Tabelle). Die verschiedenen Energiegehalte hängen nicht nur von der Holzsorte ab, sondern wie oben schon beschrieben auch direkt mit der Restfeuchte des Holzes. Dabei kann gesagt werden, je trockener das Holz ist, desto energiereicher ist es. In diesem Zusammenhang fallen oft verschiedene Begriffe. Hier nun eine kurze Erklärung dieser Fachausdrücke:

Festmeter:...............1 Festmeter (FM) Holz ist 1 m³ voll ausgefüllt, ohne Leerraum

Raummeter:.............1 Raummeter (RM) Holz ist 1 m³ als Holzscheite gestapelt, also mit Lufteinschlüsse

Ster:........................1 Ster ist 1 Raummeter

Schüttraummeter:.....1 Schüttraummeter (SRM) Holz ist 1 m³ Holzscheite geschüttet. Hier sind die meisten Lufteinschlüsse.

Die gängigen Holzsorten mit ihren unterschiedlichen Energiegehalten: Quelle: www.waldwissen.net/themen/holz_markt/holzenergie/lwf_merkblatt_12_2003.pdf, Seite 3

Beispiel: Buchenholz mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 Prozent hat lt. Tabelle eine Energieleistung von 2695 kWH pro Festmeter. Wenn das Objekt einen Energiebedarf von ca. 32.000 kWH benötigt, würden wir ca. 11,87 FM Buchenholz benötigen (32.000kWH / 2695 kWH pro FM = 11,87 Festmeter. Mit dem Umrechnungsfacktor von 1,4 nach Raummeter multipliziert, hätten wir ein Ergebnis von ca. 16,6 Raummeter Buchenholz bei einem Feuchtigkeitsgehalt von ca. 20 Prozent. Kontrolle: 32.000kWH dividiert durch den Energiegehalt von 1 RM Buche (1887 kWH) = 16,95 RM. Die Ergebnisse sind nur annähernd gleich. Dies deshalb, da der Umrechnungsfaktor von 1,4 keine exakte Zahl ist.

Eine einfache Berechnung, die auch ohne Taschenrechner geht, ist folgende: Bei einer Feuchtigkeit von 20 Prozent oder weniger haben wir einen Energiegehalt von ca. 4 kWH pro Kilogramm. Der Gesamtenergiebedarf wird durch 4 dividiert und das Ergebnis durch 700 Kg (Gewicht pro FM). Somit erhält man den ca. m³-Bedarf eines Jahres (32.000 / 4 / 700 *1,4 sind 16 RM Holz). Wenn ich jetzt die Kapazität des Kessels in m³ weiß, kann die Anzahl der Heizvorgänge pro Jahr des zukünftigen Kessels abschätzen.

Bei all diesen Berechnungen muss beachtet werden, dass es nur theoretische Werte sind. In unserem Falle rechnen wir mit einem Energieausbeutungsgrad von 100 Prozent. In Wirklichkeit trifft dies nicht zu. Wenn ein realisierter Wirkungsgrad von 75 Prozent genommen wird, sind schnell 20 Raummetern oder mehr ein zu planen.--420 (Diskussion) 19:45, 31. Jan. 2013 (CET)

Kesselauswahl

Platzbedarf

Einfach gesagt hängt der Platzbedarf von der Kesselgröße, den Sicherheitsabständen des HV, den Freiraum, der für die Reinigung benötigt wird und den benötigten Wasserpuffern ab. Es darf auch kein Holzvergaser gewählt werden, der die Transportengpässe nicht bewältigt. Nicht nur Türöffnungen und enge Treppen müssen genommen werden, sondern auch das Gewicht des Kessels muss berücksichtigt werden. Dies gilt sowohl für den Transport, als auch für den Stellplatz. Sollte im Heizungsraum zu wenig Platz hinter dem Kessel zum Reinigen vorhanden sein, kann der Kessel auf ein fahrbares Gerüst gesetzt werden. Die Anschlüsse für den Vor- und Rücklauf müssten dann mit flexiblen Schläuchen ausgestattet sein. Soll im Heizungsraum die alte Heizung als Notsicherungsheizsystem beibehalten werden, könnte man bei Platzproblemen auch in die Höhe gehen. Die alte Heizung könnte dann z.B. über den Holzvergaser hangend von der Decke platziert werden.

Atmos auf Rädern von alfons

Atmos mit flexiblen Leitungen von alfons Quelle: atmos-forum.de --420 (Diskussion) 19:40, 31. Jan. 2013 (CET)

Wahl der Kesselgröße

Die Größe des Kessels hängt primär vom Energiebedarf des Hauses ab.

Eine einfache Rechnung: für je 1.000 Liter Heizölverbrauch sind 10 KW Kesselleistung ausreichend.

Falls eine Wärmebedarfsrechnung des Hauses vorliegt, kann die Kesselgröße relativ einfach bestimmt werden. Wenn ein Holzvergaser z.B. für einen Abbrand von Buchenholz ca. 5 Stunden benötigt, würde ein 30 KW Holzvergaser maximal 150 KW in dieser Zeit leisten. Da der Holzvergaser aber von Anfang an nicht seine maximale Leistung von 30 KW erreicht, muss von einer geringern Gesamtleistung (in 5 Stunden ca. 110 KW) ausgegangen werden.

Weiterhin hängt die Leistung von der Holzart ab, die verbrannt wird. Liegt der Wärmebedarf eines Hauses (Heizung und Warmwasser) bei ca. 200 KWh, müsste bei der eben gewählten Heizkesselgröße einmal nachgelegt werden. Dies wird in der Praxis auch oft so realisiert. Beachten sollte man, dass der Energiebedarf an relativ kalten Tagen genommen werden muss.

Zusätzlich sollte berücksichtigt werden, dass der realisierte Wirkungsgrad bei ca. 75 Prozent liegt. 90 Prozent und mehr sind nur Wirkungsgrade unter „klinischen“ Bedingungen. Deshalb muss auf die Kesselgröße geachtet werden. Ist er zu gering ist, muss an kalten Tagen theoretisch Tag und Nacht geheizt werden, um das Haus mit Wärme zu versorgen. Deshalb lieber einen größeren Kessel mit hinreichend großem Puffer, als einen zu kleinen Kessel wählen. Seltewn hat jemand geschrieben, dass sein Kessel zu groß ist, wohl aber zu klein.

Anders ausgedrückt: Wer bei einem normalen Haus (Wärmebedarf ca. 60 Watt pro m² zu einem 14,9 kW Kessel rät, dem sollte man einen Tank mit max. 2 Litern in sein Auto einbauen.

Bei schlechter isolierten Häusern muss man mit 100 Watt oder mehr pro m² rechnen Eine andere Möglichkeit der Schätzung der Kesselgröße geht von der benötigten Energie pro Quadratmeter aus. Dabei können entsprechenden Werte angenommen werden:

• Niedrigenergiehaus 10 bis 20 W pro m²

• Gut gedämmter Neubau 20 bis 40 W pro m²

• Wärmegedämmter Altbau 50 bis 70 W pro m²

• Schlecht gedämmter Altbau 70 bis 120 W pro m

Quelle: Siehe Facharbeit, Thema: Studie zur Planung einer Holzheizung für ein Einfamilienhaus, Jan Gregor Piechatzek, Mai 2005

Dazu käme noch der Energiebedarf des Brauchwassers, der ca. 20 Prozent der Gesamtenergie ausmacht. Der Bedarf des Brauchwassers hängt natürlich von der Personenzahl des Haushaltes und den Gewohnheiten der Bewohner ab. Wird viel und lange geduscht? Wird häufig gebadet? Kurzum, wird viel Warmwasser benötigt.

Wenn der nötige Platz für den Holzvergaser und für den/die Wasserpuffer vorhanden ist, kann auch ein größerer Kessel gewählt werden. Mit der Kesselgröße steigt der Grad des Komforts. Ziel ist es, den Wärmebedarf für 24 Stunden zu erzeugen um danach wieder neu zu heizen. Wenn ein größerer Kessel genommen wird, kann ggf. mit einem Abbrand der Wärmebedarf für 1,5 Tage erzeugt werden. Wieder neu heizen müsste man dann bei relativ milden Außentemperaturen nur alle 2 bis 3 Tage. Der Komfort steigt. Mit der Wahl der Kesselgröße geht auch die Holzscheitgröße einher. Das bedeutet, dass bei einer großen KW-Leistung eines Kessels auch längere Holzscheite verarbeitet werden können. Dadurch entsteht beim Spalten, Sägen und Packen erheblich weniger Arbeitsaufwand.--420 (Diskussion) 19:38, 31. Jan. 2013 (CET)

Wahl des Kesseltyps

Grundsätzlich gibt es 3 verschiedene Typen von Holzvergasern hinsichtlich des Gebläses.

Type 1 Diese Kessel blasen die Luft in den Kessel. Im Kessel, also im Füll- und im Brennraum, entsteht ein Überdruck. Wenn Holz nachgelegt wird, muss das Gebläse, damit der Überdruck nicht mehr besteht, ausgeschaltet werden. Ist das Gebläse beim Nachlegen an, entweichen Gase und Rauch in den Heizungsraum. Wenn das Gebläse abgeschaltet ist und der Ofen weiter brennt, tritt der natürliche Zug des Kamins ohne irgendeine Unterstützung in Kraft. Das bedeutet, dass der Zug des Kamins alleine ausreichen muss, um eventuelle Gase und Qualm beim Nachlegen zurück zu halten. Wenn der Zug nicht ausreicht, könnte es beim Nachlegen des Kessels im Heizungsraum ein wenig qualmen. Weiterhin muss gewährleistet sein, dass die Dichtungen ihren Zweck voll erfüllen. Ist dies nicht der Fall, kann wiederum Rauch oder auch Abgase aus dem Kessel in den Heizungsraum entweichen. Und dies nicht nur beim Nachlegen, sondern auch beim Abbrand.

Type 2 Bei diesem Type wird ein Abgasventilator verwendet. Das heißt, die Abgase werden aus dem Holzvergaser gesaugt. Es entsteht kein Überdruck sondern eher ein Unterdruck im Kessel. Die beschriebenen Probleme wie beim Type 1 treten so oder längst nicht so stark auf. Beim Abgasventilatorprinzip könnten bei nicht funktionierenden Dichtungen maximal Nebenluftprobleme entstehen. Und diese Nebenluft kann dann den Abbrand beeinträchtigen. Weitere Vorteile: Diese Lösung ist nicht nur ungefährlicher, sondern auch beim Nachlegen ist die Gefahr der Rauchbildung erheblich geringer. Zusätzlich kann der Vorteil des Saugens beim Reinigen des Kessels ausgenutzt werden, da die Staubpartikel in den Schornstein und nicht im Heizungsraum befördert werden. So könnte ein Holzvergaser mit einem Abgasventilator dementsprechend die bessere Wahl sein.

Type 3 Der vollständigkeit Habler gibt es natürlich auch Kessel mit Naturzug. Dabei arbeitet der Holzvergaser ohne Ventilatoren. Der Unterdruck im Schornstein mit seiner Saugwirkung reicht diesen Holzvergasern aus.--420 (Diskussion) 19:38, 31. Jan. 2013 (CET)

Beachte

• Je länger die Zyklen zum Nachheizen sind, desto höher sind die Wärmeverluste in den Puffern und in den Leitungen. Dies deshalb, da Rohrleitungen und Pufferspeicher nicht zu 100 Prozent isoliert werden können. Je höher also der Komfort ist, desto höher sind die Wärmeverluste. Häufig sind diese Verluste aber zu vernachlässigen, da die verloren gegangene Pufferwärme im Haus verbleibt. Komfort schlägt Pufferverluste.

• Eine zu geringe Kesselleistung bedeutet ein dauerndes Heizen. Der Wirkungsgrad des Holzvergasers steigt, da der Kessel nicht mehr erkaltet. Der Komfort sinkt erheblich. Die Kapazität eines Holzvergasers sollte so ausgelegt sein, dass nicht dauernd nachgeheizt werden muss. Dies haben wir ja bei einem Kamin- oder Kachelofen und ein Ziel war und ist es, die Intervalle des Nicht-Heizens erheblich zu verlängern.

• Das Argument, dass bei einem Kessel mit 15 KW Leistung keine Erstmessung vorgenommen werden muss – ist veraltet, da ab dem 22.3.2010 die erwartete neue Bundes-Immissionsschutz-Verordnung (BImSchV) in Kraft getreten ist. Alle Festbrennstoff-Feuerungsanlagen mit einer Leistung ab 4 KW unterliegen ab diesem Tag der Messpflicht. Die Messpflicht beinhaltet nicht nur eine Erstmessung, sondern eine all2 2 Jahre wiederkehrende Messung.

• Achte auf die Holzscheitgröße, die für einen Kessel max. verwendet werden können. Je kleiner die Scheite, desto höher ist der Arbeitsaufwand beim Spalten, Sägen, Stapeln und auch beim Transport.

• Bevor ein Kessel gekauft wird, sollten die Transportwege zum Heizungsraum überprüft werden. Weiteres unter dem Punkt Sonstiges.

• Wähle den Standort so, dass relativ kurze Wege vom Lagerplatz zum Kessel entstehen. Wenn es geht, stufenlose Wege, damit das Holz ggf. mit einer Schubkarre transportiert werden kann.

• Ideal ist der Standort auch dicht beim Puffer. Kurze Rohre bedeuten weniger Kosten, weniger Arbeit beim Verlegen und weniger Wärmeverluste--420 (Diskussion) 20:01, 31. Jan. 2013 (CET)

Puffer

Allgemeine Aspekte

Heute stehen verschiedene Puffer zur Energiespeicherung zur Verfügung. Da die Wasserpufferspeicher am häufigsten anzutreffen sind, wird dies bei der Planung berücksichtigt. Paraffinspeicher oder andere Speichermedien werden an dieser Stelle nicht näher betrachtet. Weiterhin sind drucklose und druckbetriebene Speichermedien im Handel. Häufig werden in den Privathaushalten druckbetriebene Heizungsspeichermedien (rund oder seltener oval) installiert. Oft werden aus Gründen der Türbreiten und Deckenhöhen Behältnisse um 1.000 Liter bevorzugt. So benötigt man also für 3.000 Liter 3 Puffer. Da jeder Puffer isoliert und miteinander verbunden werden muss, liegt der Platzbedarf bei ca. 3 Quadratmeter bei einer Deckenhöhe (Kippmaß eines Puffers) von 2,10 Metern.

Rechteckige Formen sind für druckbetriebene Anlagen grundsätzlich nicht geeignet. Drucklose rechteckige Behälter haben dafür aber einige andere Vorteile gegenüber Druckpufferspeicher.

• die Speichermenge pro Quadratmeter ist sehr groß

• rechteckige Behälter können einfach und gut isoliert werden

• die Wärmeverluste pro Liter Speichermedium sinken mit der Erhöhung des Puffervolumens

• drucklose Behälter können ohne große Probleme für spätere Erweiterungen ausgelegt werden

• die Kosten pro Liter Puffer sind auf Grund der größeren Speichervolumen geringer als bei druckbetriebenen Puffern

Damit der Hausherr in den Genuss der BAFA kommt, ist nicht die Technik des Speicherns entscheidend, sondern das Puffervolumen pro KW der Kesselleistung. Für die Förderung sind 55 Liter pro KW notwendig. Auch für die Solarenergie, die Heizungsunterstützung gefördert wird, gibt es Mindestpuffermengen. So sind dort 50 Liter pro m² Solarfläche notwendig. In der Praxis geht man bei Holzvergasern von 100 Litern oder mehr aus. Je mehr Puffer zur Verfügung steht, desto länger kann man auf das Nachheizen mit dem Holzvergaser verzichten.

Weiterhin sollte mit dem Puffer auch das Brauchwasser für den Haushalt gelöst werden. Dies kann über einen separaten Warmwasserpuffer für den Haushalt, über eine Brauchwasserblase im Pufferspeicher oder per Wärmetauscher (intern oder extern) gewährleistet werden.

Bei Solarerträgen ist es auch von Vorteil, wenn man so viel wie möglich an Wärmeerträgen ernten kann. So reichen 3.000 Liter Puffer für eine längere Schlechtwetterperiode länger, als nur 1.000 Liter Wasser.

Bei allen Pufferlösungen ist es wichtig, dass das Wasser im Speicher geschichtet wird. Wasser schichtet sich je nach Temperatur innerhalb eines Behälters. Heißes Wasser immer oben und kaltes Wasser immer unten. Dies liegt am spezifischen Gewicht des Wassers bei unterschiedlichen Temperaturbereichen. Der Austausch des warmen Wassers mit den kälteren Wasserschichten erfolgt, wenn keine Verwirbelungen und keine Entnahme auftreten, nur sehr, sehr langsam. D.h., dass das heiße Wasser immer oben und das kalte Wasser immer unten im Puffer ist. Wenn heißes Wasser unten im Behälter eingeleitet würde, vermischt sich das heiße Wasser mit dem kalten und die Schichtung im Kessel geht verloren. Diese Zirkulation, die auch durch andere Fehler beim Einspeisen, bei der Entnahme oder auch bei schlechter Hydraulik erfolgen kann, bewirkt eine einheitliche Temperatur an allen Stellen im Puffer. Und das ist nicht gewollt. Eine gute Schichtenspeicherung hat zur Folge, dass die Temperatur an der Entnahmestelle hoch ist. Ein „Einheitsbrei“ von 40 Grad reicht für 50 Grad Warmwasser per Frischwasserstation nicht aus. Da müsste dann immer noch per Gas oder Öl nachgeheizt werden. Und das soll vermieden werden.--420 (Diskussion) 22:44, 30. Jan. 2013 (CET)

Druckloser Puffer

Da drucklose Puffer selbst erstellt werden können, sind dem Ideenreichtum keine Grenzen gesetzt. So könnten z.B. folgende Behältnisse genommen werden. Alte Flüssiggasbehälter, alte Öltanks, einen gemauerten Raum, der mit Styropor bzw. Styrodur ausgekleidet wird, mit Styropor/Styrodor gebaute Tanks, isolierte Wasserzisternen aus Beton, V2A Behälter (z.B. aus einer Molkerei oder der Kelterei) – egal was!

Bei allen drucklosen Tanks ist es von Vorteil, wenn Stahl oder anderes Material das rosten kann, vom Wasser getrennt wird. Möglicher Rost und damit eine Verunreinigung der Anlage wird somit sofort vermieden. Ein weiter Vorteil wäre eine Isolierung innerhalb des Metalltanks. Ist dies der Fall erfolgt keine Wärmeabgabe über das Metall an die kälteren Schichten des Speichers. Damit würde eine Wasserzirkulation innerhalb des Kessels vermieden und das Wasser bleibt besser im Puffer geschichtet. Bei Speichergrößen ab ca. 4.000 Liter wäre unter Umständen eine variable Entnahme sinnvoll. Besonders dann, wenn Fußbodenheizung, normale Heizkörper und Solar in einem Heizungssystem integriert sind. Zusätzlich sollte man bei einem drucklosen Puffer eine Schichtungssäule für das Einspeisen des Wassers vorsehen.

Da sich Wasser bei Erwärmung um ca. 4 Prozent ausdehnt, muss ein Ausdehnungsbereich definiert werden. Entweder lässt man soviel Platz im offenen Puffer, oder man konstruiert ein Ausdehnungsgefäß, das bei Erwärmung gefüllt und bei Erkaltung des Puffers geleert werden kann. Da Sauerstoff eine Grundvoraussetzung für die Rostbildung ist, sollte so wenig wie möglich Sauerstoff in die Anlage kommt. So könnte als Abschluss des Wasserspiegels eine Salatölschicht verwendet werden. Wer natürlich einen V2A Tank sein eigen nennt, hat diesbezüglich keine Probleme. Dort könnte der Ausdehnungsbereich einfach von der Gesamtkapazität abgezogen erden. --420 (Diskussion) 22:51, 30. Jan. 2013 (CET)

Pufferspeicher im Eigenbau

Immer wieder wird eine günstige Variante gesucht, einen Puffer im Eigenbau zu verwirklichen. Vorzugsweise wird ein leer stehender Raum genommen. Wenn es geht, versucht man die Wände so weit wie möglich auszunutzen. Dazu wird aus Styroporplatten ein Becken ausgelegt, das die Räumlichkeiten ausnutzt. Geklebt werden die Platten mittels Bauschaum, der hauchdünn mit einem Spachtel aufgetragen wird. Die Platten sollten zum Trocknen des Klebers für 24 Stunden per Druck belastet werden. Die innerste Schicht (wasserseitig) muss mit PU-Hartschaumplatten (diffusionsdichte Ware) ausgekleidet werden. Dies Material hält problemlos 90 Grad an Hitze aus. Damit sind PU-Hartschaumplatten geeigneter als Styropor. Die Isolierstärke sollte in der Summe an allen Seiten mindestens 26 cm betragen.

Die Seiten, die nicht an Raumwände liegen, müssen gesichert werden. Dies kann mit Holzplatten und Metallverstrebungen geschehen. Danach muss das entstandene Becken mit hitzebeständiger Folie ausgeklebt werden. Kautschukfolie (EPDM) wäre eine Lösung. Als Deckel dient eine leichte wasserfeste Sperrholzplatte – häufig auch zweigeteilt, die wiederum mit der Kautschukfolie beklebt sein sollte. Die Kosten der Folie waren in 2006 bei ca. 7 Euro pro m². Eine andere Möglichkeit wäre eine Innenauslegung mittels eines großen Gummisackes vorzunehmen.

Vorteile gegenüber anderen Selbstbaulösungen:

• Ideale Isolierung

• Sehr gute Raumausnutzung

• Jeder Raum kann verwendet werden

• Erweiterung für Solar oder andere Wärmequellen jederzeit und ohne große Probleme möglich

Vergl. Frank, 21.06.06 22:25, Atmos-Forum

Ein mögliches Wärmetauscherkonzept, dass natürlich erforderlich ist, wird an anderer Stelle unter Wärmetauscherprinzip näher betrachtet.--420 (Diskussion) 22:56, 30. Jan. 2013 (CET)

Stahlbehälter als Pufferspeicher

Als Modell steht hier ein Metallpuffer mit einer integrierten Schichtungssäule. Die Gasheizung und der Holzvergaser sind am Gesamtkonzept angebunden. Weiterhin ist eine Solarnutzung integriert. An diesem Beispiel wird der Puffer näher beleuchtet.

druckloser Puffer mit Solar - chematische Zeichnung

druckloser Puffer mit Solar Drain Back - chematische Zeichnung

Ein Vorteil eines sochlen Metallbehälter ist die einfache und effektive Isolierung. PU-Schaum oder auch Styrodur könnte als Isolierung dienen. Zusätzlich wäre es von Vorteil, wenn der Behälter z.B. auf einer druckfesten und hitzebeständigen Isolierung stehen würde. Der Werkstoff Styrodur könnte da ggf. verwendet werden. Wenn die untere Isolierung nicht ganz so hitzebeständig ist, könnte diese Isolierung auch bei hinreichend großen Behältnissen ggf. verwendet werden. Dies deshalb, da in großen Puffern im unteren Bereich kaum eine Temperatur von 90 Grad erreicht wird.

Innenisolierung: Die Isolierplatten sollten 2-lagig im Verbundsystem mit Bauschaum verklebt werden, d.h., dass die Nähte nicht aufeinander liegen. Obwohl der normale Baumschaum auch Hitze vertragen kann, könnte er durch das Ausdehnen des Puffers auf Dauer leiden. Besser wäre Melaminschaum (hitzebeständig bis 120 Grad) oder auch Styrodurplatten (hitzebeständig bis 105 Grad). Danach wird der Behälter mittels Kautschukfolie ausgelegt und verklebt (entkoppeln der Medien Wasser und Isolierung). Unten am Puffer, an der tiefsten Stelle, könnte ein Auslauf angebracht werden. Damit würde, wenn die verklebte Folie nicht dicht wäre, Wasser austreten.

Außenisolierung: Der Behälter sollte auch außen von allen Seiten isoliert werden. Damit der Puffer auf die Isolierung geschoben werden kann, könnte die Isolierung mit etwas Öl bestrichen benetzt werden. Eine dünne Metallplatte mit etwas Öl wäre u.U. sogar noch besser.

Die gesamte Isolierung sollte mindestens 20 cm stark sein. Mehr ist besser. Im Behälter ist eine doppelte Schichtungssäule integriert. Sie dient zur wirbellosen Einspeisung von Warmwasser verschiedener Wärmequellen und –grade. Zusätzlich sollte der Rohrdurchmesser der Leitung direkt vor der Einspeisung erhöht werden. Damit wird der Strömungsfaktor bei der Einspeisung verringert. Wenn für Solar und Holzvergaser der gleiche Vorlauf genutzt werden soll, könnte direkt vor dem Puffer ein 2-Wege-Ventil eingebaut werden. Solarerträge würden dann auf Grund der Temperatur tiefer in der Schichtungssäule eingespeist werden. Eine geringere Verwirbelung in der Schichtungssäule wäre die Folge.

Schichtungssäule: Diese kann wie folgt selbst konstruiert werden. Es werden 2 oder 3 HT-Rohre in verschieden großen Durchmesser genommen. Die Rohre sollten dabei einen 5 – 10 cm großen Wandabstand haben. Die Löcher in den Säulen sollen horizontal und nicht vertikal versetzt sein. Das warme Wasser, das jetzt in der innersten Säule eingespeist wird, wird das Wasser in der Säule verwirbeln, da kälteres Wasser nach unten fällt und heißes Wasser oben bleibt. An der richtigen Stelle tritt dann das Wasser in die nächste Säule ein. Dort wird es noch einmal in der Schicht des HT-Rohres reguliert/geschichtet und tritt dann ohne starke Verwirbelungen in den Puffer ein. Die Schichtung im Puffer bleibt erhalten.

Beim Befüllen des Behälters muss ein Luftaustritt an oberster Stelle des Behälters berücksichtigt werden. Der Behälter kann dann vom Überlauf her befüllt werden. Tritt an oberster Stelle jetzt Wasser aus, ist der Puffer voll und der Befüllungsüberlaufstutzen kann verschlossen werden. Jetzt muss noch etwas Wasser im Überlaufbehälter gefüllt werden. Da das Rohr vom Überlauf bis fast zum Boden des Behälters reicht, ist ein luftdichter Verschluss gegeben. Wichtig ist nur, wie unter Punkt „Druckloser Puffer“ beschrieben, das der Ausgleichsbehälter mindestens 4 Prozent des Pufferspeichers als Wärmeausdehnung aufnehmen kann. Darüber wird dann noch eine Schicht Salatöl gegeben. Wenn das Rohr des Überlaufs durchsichtig wäre, könnte zusätzlich immer der Wasserstand und die Reinheit des Wassers beobachtet werden.

Der Vorlauf vom Holzvergaser endet am oberen Ende der Schichtungssäule. Dies deshalb, da das Wasser mit 70 Grad oder höher eingespeist wird. Bei großen Puffern sollte der Rücklauf zum Holzvergaser nicht aus der kältesten Zone des Behälters erfolgen. Diese Schicht ist für den Solarrücklauf vorbehalten. Bei Solarausnutzung ist es ist sinnvoller viel Wasser wenig zu erhitzen und es zu nutzen, als wenig Wasser mit einer sehr hohen Temperatur. Deshalb ist es von Vorteil, den Rücklauf für Solar aus einer sehr tiefen Temperaturschichtung des Puffers zu ziehen. Eine andere Möglichkeit der Solarerträge im Herbst, Winter oder Frühjahr optimal zu nutzen wäre eine Einspeisung mittels Wärmetauschers in die Fußbodenheizung.

Sollte jetzt das Leitsystem, also die "normale Heizung im Haus mit kleinem Puffer" heißen Wasser benötigen, könnte, anstatt des Gasbrenners, eine Pumpe eingeschaltet werden, die das heiße Wasser vom Puffer mittels Wärmetauschers zum Leitsystem befördert.--420 (Diskussion) 21:04, 31. Jan. 2013 (CET)

Ausblick

--420 (Diskussion) 20:37, 30. Jan. 2013 (CET)