Verbrennungstechnik

 

In diesem Abschnitt werden die Prinzipien gesammelt, die im Speziellen Holzfeuerung effektiver machen und diese dann auf den Kaminofen und den Rocket Stove angewendet.

 

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Lagerfeuer im Freien

 

Es wird als Stern- oder meist als Pyramide aufgebaut. Wenn es brennt, zieht es seitlich den Luftsauerstoff ins Feuer. Nach kurzer Zeit steht der ganze Brennstoffvorrat in Flammen. Ins Innere des Feuers und von unten gelangt kaum Luft zur Verbrennung. Es entsteht in der Mitte viel Kohle während am Rand einige nicht entzündete Holzstellen glimmen und qualmen.

 

Qualmt es im Zentrum des "Scheiterhaufens", steigt der Qualm senkrecht in die Höhe und wird durch die Flammen entzündet. Am Rand funktioniert das nur unzureichend.

 

 

Lagerfeuer Aufbau Schnitt
Lagerfeuer Aufbau Schnitt
Bildnummer Erklärung
1 Brennzone und Oxidation des Holzgases (Feuer)
2 Brennstoffmenge aufgestapelt (Holzscheite)
3 Verbrennungsluft seitlich
4 Zone ohne Luft (Qualm, Kokel und Rauch)
5 Randqualm / Rauchzone
6 Kohle (unverbrannte Reste)

 

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Lagerfeuer in einem Metall- oder Steinbehälter

 

Der etwas ketzerische Titel beschreibt das übliche Vorgehen, um Holz im Haus zu verfeuern.

Es wird in einem Kamin, Kaminofen, Grundofen o.ä. ein Lagerfeuer errichtet und meist von unten angezündet.

Damit wird durch das von unten brennende Feuer der obere Brennstoff nach aussen "geröstet" und die Holzgase nach oben zum Schornstein gezogen / gedrückt. Dadurch wird viel und lange gequalmt und Brennstoff verschwendet. Ausserdem werden die Nachbarn durch den emittierten Rauch dauerhaft gestört, so dass das u.U. zu Beschwerden führen kann.

 

Der grosse Nachteil des Lagerfeuers ist, dass es keine Trennung zwischen Füll- und Brennraum gibt. Nach kurzer Zeit brennt der ganze Brennstoffvorrat.

 

Wenn ein "Lagerfeuer im Behälter" halbwegs funktionieren soll, sollte der Behälter genügend Luft zuführen (von unten - Primärluft - 1 und von der Seite - Sekundärluft - 2 und vielleicht von oben - Tertiärluft 3 (gemäß Bild unten)) und die richtige Anzündmethode angewendet werden.


Lagerfeuer ist gekennzeichnet durch oberen Abbrand, da die Flammen oben gebildet werden und die Luftzufuhr von oben und seitlich geschieht. Die Brennzone ist oben.

 

Wenn man das Lagerfeuer als Pagode aufbaut (kreuz und quer, schichtweise) oder die Scheite aufrecht stellt und alles wie eine Kerze von oben anzündet, hat man schon das Meiste richtig gemacht. Eine Pagode mischt sehr gut Brennstoff und Luft, auch innen im Aufbau.

 

Trotzdem fällt das Feuer während des Betriebes irgendwann zusammen und Brennstoff rollt zur Seite. Dann beginnt leider auch die Qualmerei und der Betreiber muss das Feuer schüren. Schüren heisst kurz gesagt, dass das Holz wieder in die Brandzone und in die Glut mittels Metallhaken, dem Schürhaken, gezogen und die untere Luftzufuhr wieder freigemacht wird.

Feuer im Behälter
Lagerfeuer im Kamin
Feuer zusammengebrochen vor dem Schüren
Feuer zusammengebrochen vor dem Schüren
Pagodenfeuer von oben brennend
Pagodenfeuer von oben brennend
Pagode im Ofen von oben entzündet
Pagode im Ofen von oben entzündet

 

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Lagerfeuer im Feuerkorb

 

Feuerkörbe lassen überall Verbrennungsluft an den Brennstoff. Wenn das Feuer zusammenbricht, fällt es in sich zusammen und nicht auseinander.

 

Einen Feuerkorb kann man leicht aus Schrottresten, wie Stangen, Profilen und Blechen selber zusammenschweissen oder bohren und schrauben. Er wird einfach in die Mitte des Ofens gestellt.

 

Mit aufrecht stehendem Holz befüllt und von oben entzündet, raucht es kaum und nutzt die Holzenergie besser aus. Auch muss der Betreiber weniger schüren.

kein Qualm
Feuerkorb im Ofen
Feuerkorb befüllt mit Restkohle oben
Feuerkorb befüllt mit Restkohle oben
Feuerkorb oben entzündet und schichtweise abbrennend
Feuerkorb oben entzündet und schichtweise abbrennend
Feuerkorb mit Restabbrand
Feuerkorb mit Restabbrand
Glut in Feuerkorb
Glut in Feuerkorb

 

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Unterer und seitlicher Abbrand

 

Im Gegensatz zum Lagerfeuer versucht der seitliche oder untere Abbrand (Sturzbrand) eine schichtweise Verbrennung die ganze Zeit aufrecht zu halten. Nur einige Bereiche des Holzes oder die Spitzen brennen.

Damit gleicht er der aufrecht stehenden Kerze.

 

Qualm und Rauch sollen durch Flammen und Glut geleitet und entzündet werden (Rauchdurchzündung).

 

Nur diese Art von Verbrennungsführung lässt den Brennstoff in das Glutbett rutschen und nacheinander verbrennen.

 

Der Schornsteinzug zieht die Flammen in die gewünschte Richtung (Naturzug). Sollte ein ausreichender Naturzug nicht möglich sein, muss mit Hilfe eines elektrischen Sauggebläses ein guter Zug hergestellt werden.

 

Beim Sturzbrandofen wird Primärluft zum Brennstoffvorrat gedrückt 1. In der Bodendüse wird nach der Glühzone sämtlicher Qualm, Rauch, Kohlestaub und brennbare Holzgase mit Sekundärluft vermischt 2 und in der Nachbrennzone verbrannt 3 .

Sturzbrandofen
Sturzbrandofen

 

Auch der seitliche Abbrand drückt oder zieht die brennbaren Bestandteile durch eine belüftete Düse und verbrennt nahezu alles in einer aufrechten Nachbrennkammer.

Durch den seitlichen Abbrand hat es die Verbrennung leichter, da der Sturzbrand mehr Zug benötigt.

Wird der Düsenbereich etwas breiter gewählt, kann der Zug die Flamme und die Nachverbrennung direkter in die Nebenkammer leiten. Ein Gebläse ist nicht erforderlich, es ist aber eine grössere Glutzone vorhanden.

 

 

Seitlicher Abbrand mit Gebläse
Seitlicher Abbrand mit Gebläse
Seitlicher Abbrand ohne Gebläse
Seitlicher Abbrand ohne Gebläse

 

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Einen Überblick über die verschiedenen Abbrandtechniken findet man im Überblick bei

 

Holzfeuerungen

 

oder

 

Bioenergie-Kleinanlagen.

 

Diese beiden Internetquellen informieren noch weiter über derzeitige Verbrennungstechnik.

 

 

 

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Wie entsteht in der Theorie die nahezu perfekte Holzverbrennung?

und

Wie muss eine Feuerstätte beschaffen sein, um den Heizwert des Holzes nahezu vollständig auzunutzen?

und

Wie verbrennt Holz umweltfreundlich?

 

Die drei englischen "T"s beachten => Time, Turbulence, Temperature!

 

1) Time

Feuer braucht Zeit, sich zu entwickeln, damit sich die Reaktionspartner (Gase, Partikel, Luft usw.) innig vermischen und vollständig reagieren können. Aus einem Feststoff müssen die Gase entweichen, ein zündfähiges Gemisch bilden und reagieren. Ist diese Zeit zu knapp, werden die Reaktionspartner nicht oder unvollständig umgesetzt, was sich in Rauch, Qualm und Gestank äussert.

 

2) Turbulence

Verwirbelte Gase vermischen sich besser und reagieren vollständiger. Gase sollten rotieren, drehen, abprallen, an Engstellen vorbei und dann ausbrennen. Verwirbelung, Vermischung und Vermengung erzeugen => Ausbrand fördern!

 

3) Temperature

Hohe Brennraumtemperatur, gedämmter Brennraum, heiße Wände fördern die Gasentwicklung und die komplette Reaktion der Brennstoffmischung. Kühlt die Verbrennung ab, entstehen Ruß und Rückstände. Die Emissionen steigen.

Eine Rauchdurchzündung wird durch einen heissen Brennraum gefördert.

 

daneben gibts noch weitere Kriterien...

 

4) Zuluft vorwärmen

Eine Abkühlung der heissen Verbrennung vermeiden durch zu kalten Luftsauerstoff. Abhilfe durch längere Luftleitung durch Räume oder Erdreich.

 

5) Brennstoff fein zumessen

Warum sind Pellet- oder Hackschnitzelheizungen so effektiv und sparsam? Sie teilen fein zerkleinerte Brennstoffeinheiten einer heissen Verbrennung zu.

Z.B. muss ein Dieselmotor feinst verteilten Kraftstoff in heisse Luft unter hohem Druck einspritzen. Um das Auto effektiv zu betreiben, darf man nicht den Tank anzünden, sondern muss den Kraftstoff aus dem Tank dem Motor fein zuteilen und mit Luft vermischen.

 

6) Brennstoff und Luft innig mischen

Der Brennstoff muss so angeordnet werden, dass er sich eng und mit grosser Oberfläche mit Luftsauerstoff vermengt. Ein enger Kontakt zwischen den Reaktionspartnern herstellen.

 

7) Freie Zuluft fördern

Keine Drosselung der Zuluft. Primär- und Sekundärluft nicht drosseln (voll auf).

 

8) Schornsteinzug fördern

Luftzug und Brandgeschwindigkeit im Brenner unterstützen. Wenn der natürliche Schornsteinzug nicht ausreicht, Gebläse einbauen.

 

9) Qualm- und Rauchdurchzündung fördern

Qualm und Rauch so leiten, dass er über heisser Glut entzündet wird.

Qualm und Rauch so leiten, dass er durch Flammen entzündet wird.

Flammen, Qualm, Rauch und Luft so leiten, dass sie sich innig vermengen und gemeinsam reagieren.

 

10) Brennraum- und Füllraum trennen

Den Tank anzünden, um die Energie zu nutzen, ist wenig sinnvoll. Verschwendete Energie und Umweltverschmutzung folgen.


Der Brennstoff muss dem Vorrat entnommen und dem Brennraum zugeführt werden. Beim Rocket Stove wird es so gelöst, dass das Holz wie eine Kerze aufrecht steht und nur im Spitzenbereich brennt und nach und nach in die Brennzone rutscht.

 

11) Hitze nutzen

Die in der Feuerungsstätte entstandene Verbrennungsabwärme durch Schikanen und Umlenkungen so lange leiten, bis die Energie zum grossen Teil abgearbeitet ist, dass nur geringe Restwärme ins Freie gelangt. Durch Wärmetauscher oder Speichermasse zwischenspeichern.

 

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Abwärmenutzung

 

In bezug auf Nummer 11):

Wärmeerzeugung durch Holzbrand artet zur Energievernichtung aus, wenn Hitze sofort nach dem Brand ins Freie entweicht. Offene Kamine, Lagerfeuer im Freien, einfache Blechöfen usw. haben geringe Wirkungsgrade und sind reine Brennstoffverschwendung. Diese Feuerstätten strahlen kurz Hitze ab, und kühlen sehr schnell aus, wenn das Feuer erloschen ist.

 

Feuer hat so viel Heißenergie in sich, daß die heissen Abgase durch gemauerte oder metallische Umlenkungen und Züge derart geleitet werden sollte, dass die Hitze an die verlängerten Wege abgegeben werden kann. Durch die grosse Oberfläche wird die Wärme besser an die Wohnumgebung abgegeben und die Heizgase entweichen nicht zu heiß in den Schornstein.

 

Technisch wird das mittels metallischer oder kermischer Umlenkplatten oder gemauerter Steig- und Fallzüge verwirklicht.

Wenn die gemauerten Züge ein hohes Gewicht und eine gewisse Speichermasse mit sich bringen, kann z.B. ein einmaliges Heizen die Wärme für viele Stunden erzeugen, selbst wenn das Feuer schon lange ausgeglüht ist.

Metallische Heizkessel können durch wasserdurchspülte Hohlräume und Wasserwärmetauscher die Restwärme nutzen, danach weiterpumpen und in gedämmten Pufferspeichern Hitze speichern. Somit können über Stunden selbst weit entfernte Zimmer beheizt werden.

Direktes Entweichen der Abgase
Einfacher Kanonenofen ohne Umlenkung
Minimalste Umlenkung direkt vor Abgasaustritt
Minimalste Umlenkung direkt vor Abgasaustritt
Zwei Umlenkplatten als Schikane
Zwei Umlenkplatten als Schikane
Specksteinöfen
Fall- und Steigzüge
Grundofen mit langen Zügen
Grundofen mit langen Zügen