Wissenswertes über Feuer

Bei der Verbrennung von Holz brennt ausschließlich das aus dem Holz austretende Gas.

Damit dieses freigesetzt wird, muss das Holz zuvor erhitzt werden (zum Beispiel durch die Flamme eines Feuerzeuges).

Für die Verbrennung des austretenden Gases ist der in der Luft enthaltene Sauerstoff notwendig. Eine Holzverbrennung lässt sich, abhängig von der Temperatur in drei Stufen einteilen:

• Ab der Temperatur von 100 °C beginnt die Austreibung des sich im Holz befindlichen Wassers.
• Bei einer Temperatur von 200 °C bis zu einer Temperatur von 500 °C werden die Schwelgase, 
  auch Holzgase genannt, freigesetzt und verbrannt.
• Bei einer Temperatur von 500 °C bis zu einer Temperatur von 800 °C wird der „fixe Kohlenstoff“ (Holzkohle) freigesetzt und verbrannt.

85 % der Wärmeenergie, welche bei der Verbrennung von Holz frei wird, wird bei der Verbrennung des Holzgases freigesetzt.

15 % der Wärmeenergie wird bei der Verbrennung des fixen Kohlenstoffes freigesetzt.

Um den bei der Verbrennung notwendigen Sauerstoff zur Verfügung zu stellen, muss Luft in den Brennraum strömen.

Hierbei wird zwischen Primär- und Sekundärluft unterschieden. Die Primärluft wird dem Brennstoff direkt zu geführt und umströmt diesen.

Die Sekundärluft wird in das Rauchgas eingeleitet und sorgt für die Verbrennung der noch teilweise unverbrannten Holzgase.

Bei dem Starten des Brennvorganges muss möglichst viel Primärluft zugeführt werden.

Ist der Brennvorgang fortgeschritten, so sollte die Sekundärluft etwa 60 % bis 100 % der insgesamt zugeführten Luftmenge betragen.

Je mehr der im Brennstoff enthaltenen thermischen Energie genutzt werden kann, desto effizienter ist eine Verbrennung.

Für eine effiziente Feuerung ist es wichtig, dass das noch im Rauchgas enthaltene Schwelgas verbrannt wird.

Um eine möglichst vollständige Nachverbrennung der Schwelgase zu erhalten, sind folgende Voraussetzungen nötig:

• Die Nachverbrennung findet unter hohen Temperaturen statt (Temperature).
• Das Rauchgas wird möglichst gut mit der Sekundärluft vermischt (Turbulence).
• Die Schwelgase haben ausreichend Zeit, um mit dem in der Sekundärluft enthaltenen Sauerstoff zu verbrennen (Time).

Im Englischen werden diese 3 Faktoren mit TTT (Temperature, Turbulence, Time) bezeichnet.

Ein weiterer entscheidender Faktor für eine effiziente Verbrennung ist der Wassergehalt des Brennstoffes (in diesem Fall Holz).

Frisch geschlagenes Holz besteht zu über 50 % aus Wasser. Holz für die Verbrennung sollte einen Wassergehalt von unter 20 % besitzen. Wird Holz mit einem höheren Wassergehalt verbrannt, so wird sehr viel Energie für die Verdampfung des im Holz enthaltenen Wassers benötigt. Dadurch sinkt die Rauchgastemperatur auf unter 560 °C. Die Entzündungstemperatur von Ruß ist unterschritten und der „Ofen raucht“.

Der Heizwert eines Brennstoffes gibt die maximal mögliche Wärmemenge an, welche bei der Verbrennung des Brennstoffes, ohne die Nutzung der Kondensationswärme des im Rauchgas enthaltenen Wassers, freigesetzt werden kann.

Kurze Exkursion:

Wird die Kondensationstemperatur, welche ca. 100°C beträgt (abhängig von dem Luftdruck) unterschritten, so kondensiert der im Rauchgas enthaltene Wasserdampf. Bei dieser Änderung des Aggregatzustandes von gasförmig zu flüssig wird Wärmeenergie frei gesetzt. Diese Wärmeenergie wird bei dem so genannten Brennwert eines Brennstoffes mit berücksichtigt. Bei einem Brennwertkessel in der Haus-Heizungstechnik wird dies ausgenutzt. Da das kondensierte Wasser konventionelle, gemauerte Kamine zersetzt, muss bei Brennwertkesseln ein Rauchzug aus Edelstahl oder ggf. Kunstoff eingesetzt werden.

In der folgenden Abbildung wird deutlich, wieso das Verbrennen von nassem Holz unwirtschaftlich ist:
Trockenes Holz hat einen knapp doppelt so hohen Heizwert als nasses Holz.

Heizwert [kWh/kg] in Abhängigkeit von dem Wassergehalt [%]

Quellen:

Bayerische Landesanstalt für Landtechnik (2001): Sammelmappe. Informationen

zur Wärmegewinnung aus Biomasse. Schwerpunkt Holzfeuerung, Freising.

Günther, Rudolf (1974): Verbrennung und Feuerungen, Berlin/Heidelberg.

Netz, Heinrich (1982): Verbrennung und Gasgewinnung bei Festbrennstoffen, München.

https://de.wikipedia.org/wiki/Heizwert

Studienarbeit Tobias Willim