Verbrennung und Verbrennungsluft

Kaminfeuer, Holz-Verbrennung | Bild: maho fotolia.com
Kaminfeuer, Holz-Verbrennung | Bild: maho fotolia.com

Was ist Verbrennungsluft und was passiert bei einer Holz-Verbrennung? Erfahren Sie mehr über den Ablauf, die Faktoren für eine optimale Verbrennung und über die Schadstoffe, die bei einer unsachgemäßen Verbrennung entstehen.

Der Ablauf bei der Holzverbrennung

Wie verbrennt Holz? Wenn Sie sich diese Frage beantworten können, dann verstehen Sie auch, wie es zu einem optimalen Abbrand kommen kann. Holzverbrennung läuft in drei Phasen ab.

Trocknung

In der ersten Phase findet die Trocknung bzw. die Verdampfung des Wassers statt. Je nachdem, wie viel Restfeuchte noch im Holz vorhanden ist, umso länger dauert die Trocknung. Diese Phase verbraucht zudem sehr viel Energie, was sich zu Ungunsten der weiteren Phasen auswirken kann. Daher sollten Sie das Holz so trocken wie möglich lagern und verwenden. Holz wird etwa 2 Jahre gelagert, bis es bereit für den Ofen ist. Mehr zum Thema erfahren Sie unter Kaminholz Lagerung. Sind Sie nach der Lager-Zeit noch immer unsicher, können Sie mit einem Feuchtigkeitsmessgerät die aktuelle Restfeuchte ermitteln.

Kaminholz-Lagerung | Kapa65
Kaminholz-Lagerung | Kapa65

Vergasung

In der zweiten Phase werden die organischen und schnell verbrennbaren Bestandteile verbrannt bzw. vergast. Sie lösen sich auf. Diese Phase nennt sich Vergasung. Die vergasbaren Bestandteile werden in Fachkreisen als flüchtig bezeichnet. Über 80 Prozent des Holzes werden verschwinden. Der übrige Rest wird zur Holzkohle. Es entsteht Glut.

Holzverbrennung: Glut | Bild: bogitw
Holzverbrennung: Glut | Bild: bogitw

Ausbrand

Der Ausbrand bzw. Abbrand ist die letzte Phase der Holzverbrennung. Material, das nach der Vergasung noch vorhanden ist, wird nun unter Einfluss von Sauerstoff nach und nach abbrennen. Die während der zweiten Phase entstandenen Gase reagieren mit dem Sauerstoff und heizen die Luft im Ofen, Kamin oder Kaminofen weiter an. Diese Phase dauert so lange an, wie es genügend Hitze und Glut gibt. Die Hitze muss in etwa 600 Grad Celsius betragen, denn erst ab dieser Temperatur reagiert der Sauerstoff mit den Holzgasen. In einem Kaminofen, der mit Holz befeuert wird, können gut 800 bis 1200 Grad Celsius herrschen.

Flammen im Kamin/Kaminofen
Flammen im Kamin/Kaminofen | Bild: Efraimstocher

Es entsteht dabei genug Hitze, um ebenso das Heizungssystem in seiner Wärmeleistung zu unterstützen. Wasserführende Kaminöfen nutzen beispielsweise ihre Hitze, um an ein angeschlossenes Heizsystem das Wasser innerhalb der Heizungsrohre zu erwärmen. Das Prinzip und die technische Bauweise finden Sie im Beitrag über wasserführende Kaminöfen näher erläutert.

Faktoren für das optimale Verbrennen von Holz

Hauptsächlich sind vier Faktoren bei der Holzverbrennung zu beachten, die im Folgenden näher erläutert werden.

Hohe Verbrennungstemperatur

Bei einer hohen Verbrennungstemperatur bekommen Sie nicht nur eine warme Stube. Auch die Reaktionen innerhalb des Brennraums (Sauerstoff und Gase) bleiben nur bei hohen Temperaturen bestehen.

Gute Vermischung von Verbrennungsluft und Brenngasen

Die Hitze im Kaminofen, aber auch in jeden anderen mit Holz befeuerten Gerätschaften entsteht durch die Reaktion zwischen Verbrennungsluft und den Gasen, die durch die Vergasung der flüchtigen Bestandteile entstehen. Je besser dieses Mischverhältnis in Ihrem Kamin oder Kaminofen ist, umso besser wird Ihr Abbrand werden. Wird bereits bei Phase eins zum Beispiel nicht berücksichtigt, dass das Holz trocken sein sollte, kann das Mischverhältnis zwischen Verbrennungsluft und Brenngasen im weiteren Verlauf gestört sein. Zum Verständnis: Verbrennungsluft ist Luft, die mit Sauerstoff versetzt ist, wozu auch die normale Raumluft zählt. Mehr Informationen über Verbrennungsluft finden Sie weiter unten.

Lange Verweildauer im Brennraum

Je länger das zu verbrennende heiße Holz im Ofen oder Kamin verbleibt, umso eher wird die Hitze bestehen bleiben. Die Qualität des Grundstocks, also des Holzes, das Sie bei einem Brennvorgang als Erstes verwenden, entscheidet über den Verlauf des Feuers. Sie können zwar Holz nachlegen, aber ist die Glut vom ersten verbrannten Holz aus, ohne dass das neue Brennmaterial alle drei Phasen durchlaufen hat, wird die Verbrennungsluft im Kamin oder Kaminofen alsbald weniger werden.

Genaue Abstimmung der zugeführten externen Verbrennungsluft

Damit die Holzgase sich entzünden, muss genug Sauerstoff in der Umgebungs- bzw. Raumluft entstehen. Die Raumluft bei einem Ofen, Kamin oder Kaminofen stellt die Luft im Brennraum dar. Diese verliert mit dem Entzünden einen Teil ihres Sauerstoffgehaltes, der sich unter anderem in Stickstoff umwandelt. Da Sauerstoff jedoch für die Verbrennung essentiell ist und Stickstoff keinen Ersatz darstellt, sollten Kaminöfen, besonders geschlossene, mit einem Zuluftrohr bzw. einem externen Luftanschluss ausgestattet sein. Über dieses Rohr wird Luft zugeführt, die als Verbrennungsluft verwendet wird. Sie enthält genug Sauerstoff, um das Gas weiterhin entzünden zu können. Diese Zuluftrohre sind je nach Modell bei den Kaminöfen im Set enthalten oder können nachträglich als spezielles Zubehör erworben werden. Mehr dazu lesen Sie unter Anschluss für externe Verbrennungsluft.

Verbrennungsluft

Wie Sie im Abschnitt über Holzverbrennung bereits erfahren haben, ist die Verbrennungsluft essentiell für einen optimalen Abbrand bzw. überhaupt für das Entzünden der Gase. Daher soll dieser Komponente ein Abschnitt gewidmet werden.

Was versteht man unter Verbrennungsluft?

Verbrennungsluft ist, vereinfacht ausgedrückt, ein bestimmtes Gasgemisch mit einem hohen Sauerstoffanteil – die Luft, die Lebewesen zum Atmen brauchen. Sauerstoff reagiert nach einer bestimmten Gradzahl mit den Holzgasen und entzündet sich. Die Luft bzw. der Sauerstoff als Bestandteil der Luft sorgt dafür, dass sich das Holzgas immer wieder entzündet und Hitze erzeugt. Daher wird die für diesen Zweck benötigte Luft Verbrennungsluft genannt.

Zwei Varianten sind zu unterscheiden, die interne Verbrennungsluft, die sich bereits im Brennraum befindet, und die externe, die von außen zugeführt wird.

Externe Verbrennungsluft kann auf drei Wegen in den Kaminofen strömen:

Zuluftprinzip beim LAS | Bild: Schornsteinwerk K. -H. Schreyer GmbH CC BY-SA 4.0

Schornstein

Durch einfache Schornsteine wird die verbrauchte Luft mittels Förderdruck hinausgeführt. Bei Schornsteinen als Luft-Abgas-System (LAS) existieren zwei Kanäle. Die verbrauchte Luft kann durch ein Abgasrohr ungehindert hinaus und durch den anderen Kanal kann Frischluft hineingeführt werden. LAS sind mindestens zweischalig. Das Abgasrohr befindet sich in der Mitte des Schornsteins, vom Frischluftkanal umschlossen.

Kaminboden

Verbrennungsluft
Verbrennungsluft: Primär-, Sekundär-, Tertiärluft | Grafik: edinger; Grafik kann anderweitig genutzt werden, gemäß CC BY-SA 3.0 DE mit Verweis edingershops.de

Damit ein Kaminofen Verbrennungsluft von unten (Primärluft) beziehen kann, ist er mit einem sogenannten Planrost ausgestattet. Der aus Metall gefertigte Planrost ist Bestandteil des Kaminbodens. Bei einem Dauerbrandofen wird statt des Planrostes eine Gussmulde verwendet.

Die optimale Luftmenge ist abhängig vom Ofen, von der Art und Menge des Brennstoffs (Holz, Kohle etc.) und von der momentanen Abbrandphase. Der Schornsteinzug (auch Förderdruck genannt) beeinflusst die eingebrachte Luftmenge zusätzlich.

Anschluss für externe Verbrennungsluft

Wie schon erwähnt, kann Luft ebenso durch eingebaute oder angeschlossene externe Rohre in den Kaminofen geführt werden. Durch das Ab- oder Aufsperren der Rohre wird die Luftzufuhr gesteuert.

Anschlussstutzen anbringen für ext. Verbrennungsluft
Anschlussstutzen anbringen für ext. Verbrennungsluft | Bild: Bartz

Öfen mit der Option einer externen Luftzufuhr finden Sie unter Begriffen wie „externe Luftzufuhr“, „Sekundärluft“ oder „raumluftunabhängig (RUA)“.  Sie haben neben dem Rauchrohranschluss einen zusätzlichen Anschluss für einen Luftschacht. Der Anschlussstutzen ist bereits im Lieferumfang enthalten oder kann nachgerüstet werden. An dem Stutzen wird ein Rohr angebracht, das mit dem Luftschacht verbunden wird.

Montage

Sie können Ihren raumluftunabhängigen Kaminofen an einen Schornstein oder einen in der Außenwand befindlichen Luftschacht anschließen. Die Montage an den Schornsteinschacht ist möglich, wenn der Schornstein ein Luft-Abgas-System (LAS) darstellt. Beim LAS strömen die Abgase durch den Schornstein hinaus, es strömt aber zugleich Frischluft nach. Diese Frischluft nimmt das angeschlossene Zuluftrohr auf und leitet sie in den Kaminofen weiter.

Haben Sie kein LAS, können Sie alternativ – baurechtliche Vorschriften berücksichtigend – einen Schacht durch die Außenwand bohren, um anschließend an diesen Schacht das externe Zuluftrohr anzuschließen.

Externer Luftanschluss für die Außenwand: <strong>Lüftungsgitter</strong> mit Stutzen, <strong>Verbindungsrohr</strong> aus Kunststoff, <strong>Absperrklappe</strong>, hier in diesem Fall: Doppelklappenmodul | Bild: CB-Tec
Externer Luftanschluss für die Außenwand: Lüftungsgitter mit Stutzen, Verbindungsrohr aus Kunststoff, Absperrklappe, hier in diesem Fall: Doppelklappenmodul | Bild: CB-Tec – dieses und mehr Zubehör finden Sie hier

Anstelle von Kunststoff kann das Verbindungsrohr aus Aluminium bestehen (Flex-Rohr). Das Lüftungsgitter hat eine Fassung von außen, die im Idealfall für Revisionen abnehmbar ist. Damit sich Insekten nicht hinein verirren oder Staubpartikel anhäufen, kann es ein solches Gitter mit einem Schutzgitter/Schutzdraht versehen sein. Die Absperrklappe blockt die frische (und somit kühle) Außenluft oder lässt sie passieren. Es ist ratsam, die Luftzufuhr durch die Klappe zu sperren, wenn der Kaminofen nicht in Benutzung ist. Bei den Klappen gibt es unterschiedliche Systeme, die die Zuluft mal mehr und mal weniger zuversichtlich passieren oder aussperren.

Hinweis: Wichtig hierbei ist zu erkennen, ob die Montage und Bedienung einer Absperrklappe auch die gewünschte Wirkung erzielt: die Abkühlung der Brenngase zu verhindern. Kühlen die Gase bis auf den Taupunkt ab, wird der Abgasstrom träge, die Gase beginnen sich zu verflüssigen, Kondensat entsteht.  Kann der Abgasstrom die erwünschte Temperatur bis zum Austritt des Schornsteins nicht halten, lagern sich viele Schadpartikel an der Schornstein-Innenwand ab, wie zum Beispiel Teer, feucht gewordener Ruß. Beobachten Sie daher nach dem Einbau, inwiefern sich die Brenntemperatur bzw. die Leistung des Ofens verändert, besonders an sehr kalten Tagen.

Externe Verbrennungsluft ermöglicht Scheibenspülung

Die externe Luft kann als Scheibenspülung verwendet werden. Voraussetzung ist die technische Option einer Vorerwärmung der Verbrennungsluft innerhalb der Feuerstätte. Bevor die Verbrennungsluft in den Brennraum strömen kann, wird sie über eine spezielle Kanalisierung an der Brennkammer entlang in den Bereich über der Feuerraumtür geführt. Auf dem Weg zum Zielort erwärmt sie sich, sodass sie erwärmt in den Feuerraum strömt und sich dort mit den bereits vorhandenen heißen Gasen vermischt. Da sie von oben nach unten an der Feuerraumtür vorbeiströmt, stellt sie einen Schutzschild dar, der es den Rußpartikeln erschwert, sich an der Türscheibe festzusetzen.

Verbrennungslehre und Verbrennungsluft

In der Verbrennungslehre ist die Verbrennungsluft eine wichtige Komponente, um das Verbrennungsluftverhältnis zu bestimmen. Mit dieser Kennzahl kann berechnet werden, wie sich der Verbrennungsverlauf entwickeln wird. Größen, die hier ermittelt werden, sind Temperatur, Schadstoffanteile und Wirkungsgrad (Ergebnis aus Energieeinsatz und Energiegewinnung).

Verbrennungsluft und Schadstoffe

Die Verbrennung entwickelt sich durch chemische Reaktionen, die nicht nur Energie liefern, sondern auch Schadstoffe erzeugen können. Um diese bestmöglich zu verringern, hat jeder Ofen, Kamin oder Kaminofen ein Abgasrohr, das mit dem Schornstein verbunden ist. Die Schadstoffe werden mit der verbrauchten Luft durch das Rohr und den Schornstein hinausgeführt.

Für die Schadstoffreglung gibt es seit einiger Zeit die BImSch-Gesetze. Für kleine und mittlere Feuerungsanlagen sind die Stufen 1 und 2 der 1. Bundesimmissonsschutz-Verordnung relevant. Sie setzt fest, wie die Kaminöfen, Öfen und andere Feuerungsanlagen ausgestattet werden müssen und welche Brennmaterialien für welche Öfen oder Kessel in Frage kommen.

So sind zum Beispiel bei Kaminöfen bzw. kleinen Feuerungsanlagen, die in der Regel nur einen Raum heizen, als Brennmaterialien naturbelassenes Holz sowie Steinkohle oder Braunkohle erlaubt, dagegen keine selbsterstellten Papierbriketts.

Da Schadstoffe zum Beispiel durch das Verbrennen von nassem Holz entstehen, wird auch dessen Restfeuchte in der BImSch-Verordnung festgelegt.

Weitere Informationen über die 1. BImSch-Verordnung erfahren Sie im Beitrag über die
BImSch-Verordnung. Nähere Erläuterungen über die BImSch-Verordnung
finden Sie hier.

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