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Biomassekessel: Funktionsweise und Vorteile

Wie man Wärme mit Biomassekessel (Pellets, Hackschnitzel, Holz) erzeugt. Arten, Planungs- und Dimensionierungskriterien, Förderungen

Der Biomassekessel ist ein Wärmeerzeuger, der die Energie nutzt, die bei der Verbrennung von Biomasse entsteht, anstelle von Gas, Heizöl oder Flüssiggas.

Derzeit stellen Biomassekessel aufgrund ihrer Eigenschaften eine nachhaltige Alternative zu Wärmepumpen dar.

Die unerlässlichen Bedingungen für die Installation eines Biomassekessels sind:

  • geeigneter Raum für den Technikraum;
  • Möglichkeit zur Installation eines Schornsteins;
  • Vorhandensein von Platz zur Lagerung des Brennstoffs.

Um die energetische Berechnung eines Gebäudes, das von einem Biomassekessel versorgt wird, effizient und normgerecht durchzuführen, können Sie eine thermotechnische Software verwenden, die es ermöglicht, klimatische Daten und Wärmebrücken zu definieren, um dann das für Ihre Bedürfnisse am besten geeignete Biomasseheizsystem auszuwählen; die Software führt automatisch alle erforderlichen Analysen durch.

Lassen Sie uns im Detail untersuchen, wie ein Biomassekessel funktioniert, seine Vorteile und die vorgesehenen steuerlichen Erleichterungen.

Was ist ein Biomassekessel?

Ein Biomassekessel ist ein Wärmeerzeuger, der die Energie von Biomasse, d.h. organischen Materialien pflanzlichen Ursprungs, nutzt, um durch Verbrennung Wärme zu erzeugen. Die Beheizung mit Biomasse ermöglicht die Nutzung einer erneuerbaren Energiequelle, schützt den natürlichen Kohlenstoffkreislauf, spart bei den Verbrennungsmaterialien und schützt die Umwelt.

Biomassekessel: Funktionsweise

Das Funktionsprinzip des Biomassekessels ist praktisch identisch mit dem einer herkömmlichen Gasheizung. Der Unterschied liegt in der Art des Brennstoffs, der zur Erzeugung der thermischen Energie für die Beheizung des im System zirkulierenden Wassers verwendet wird. Die Funktionsweise basiert also auf der Verbrennung von Biomasse in einem speziellen Brennraum.

Die Biomasse wird über ein automatisches System verbrannt, wodurch Wärme erzeugt wird, die dann an einen Heizkreislauf übertragen wird. Dieser Kreislauf verteilt dann die Wärme im gesamten Gebäude. In bestimmten Kontexten kann die Energie, die der Kessel erzeugt, auch dazu genutzt werden, elektrische Energie mittels einer Turbine zu erzeugen.

Biomassekessel: Arten

Biomassen können unterschieden werden in:

  • flüssige: Sie entstehen aus der Pressung und Raffination von Ölsaaten oder anderen Teilen bestimmter Pflanzen;
  • vergasende: (Biogas, Synthesegas) werden aus festen Biomassen mit speziellen Verfahren gewonnen. Zum Beispiel wird Biogas durch einen biologischen Prozess bei niedriger Temperatur erzeugt, bei dem organische Substanz in einer gasförmigen Mischung aus Methan und Kohlendioxid umgewandelt wird, in Abwesenheit von Sauerstoff;
  • feste: Sie werden in der Regel als Brennstoff in thermischen Anlagen verwendet.

Unter den festen Biomassen spielen Holzbiomassen aufgrund ihrer weiten Verfügbarkeit und der einfachen Lagerung und Verbrennung eine bedeutende Rolle.

Zu den Holzbiomassen gehören Materialien aus dem Forst- und Holzsektor wie:

  • Pellets: Holzverarbeitungsrückstände, die zu Zylindern gepresst sind. Dieses Material wird in Öfen zur direkten Beheizung von Räumen oder in Kesseln zur Beheizung von Wasser für Heizkörper und/oder Fußbodenheizungen verwendet;
  • Hackschnitzel: natürliches Holz aus Wäldern, das gehäckselt wird, mit oder ohne Rinde;
  • Sägemehl: aus Industrieabfällen gewonnen;
  • Holzscheite: bestehend aus gepressten Holzresten;
  • Brennholz in Stücken (Scheite): Stammabschnitte aus Wäldern.

Ein Biomassekessel zeichnet sich durch die Möglichkeit aus, sowohl mit einem der genannten Brennstofftypen als auch durch eine Kombination von ihnen betrieben zu werden. In letzterem Fall erhöht sich die Vielseitigkeit und Nützlichkeit für Endbenutzer.

Die gängigste Art sind umgekehrte Flammkessel, bei denen die Flamme nicht nach oben, sondern nach unten brennt. Auf diese Weise kann der Feuerraum maximal beladen werden, ohne dass das Holz auf einmal vollständig verbrennt.

Bei der Auswahl des Kessels ist der erste Aspekt, der berücksichtigt werden muss, die Art des zu verwendenden Brennstoffs. Hier sind einige Beispiele.

Pelletkessel

Pellets sind ein Biomassebrennstoff, der aus unbehandelten Holzresten in zylindrischer Form und in der Regel mit einer Länge von bis zu 3 cm hergestellt wird. Diese Reste werden zu Sägemehl zerkleinert, getrocknet, um die vorhandene Feuchtigkeit zu reduzieren, und dann einem Pressvorgang unterzogen, bei dem Druck und Hitze die typischen Zylinderformen entstehen lassen.

Hackschnitzelkessel

Hackschnitzel aus Holz sind eine kostengünstige Biomasse, die leicht zu beschaffen und einfach herzustellen ist. Sie entstehen durch das Zerkleinern von Holz, wobei eine Maschine namens Hackschnitzler verwendet wird, die die Abfälle aus Schnitten, Beschneidungen und anderen Holzbearbeitungen für andere Zwecke in Hackschnitzel zerkleinert.

Diese höchstens einige Zentimeter langen Hackschnitzel werden einige Jahre gelagert, um die aufgenommene Feuchtigkeit zu verlieren, zu trocknen und für die Verbrennung vorzubereiten. Wie bei Pellets und Holz im Allgemeinen steigt der Heizwert der Hackschnitzel, je stärker sie getrocknet werden.

Holzkessel

Ein mit Holz betriebener Kessel ist sicherlich die beste Lösung. Es ist jedoch wichtig sicherzustellen, dass das Holz angemessen getrocknet und gelagert wird, um den Feuchtigkeitsgehalt zu minimieren, und dass es anschließend in verwendbare Stücke geschnitten wird.

Auswahl des Biobrennstoffs

Die richtige Auswahl des Biobrennstoffs hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter:

  • Energiedichte;
  • Feuchtigkeitsgehalt;
  • Partikelgröße;
  • Aschemenge.

Es ist wichtig zu beachten, dass der Biobrennstoff sowohl die technologischen als auch die Umweltanforderungen des Wärmeerzeugers erfüllen muss und dass die optimale Wahl des Brennstoffs je nach Situation variieren kann, da es keine universelle Lösung gibt.

Im Allgemeinen weisen Biobrennstoffe von geringer Qualität einen hohen Feuchtigkeitsgehalt, eine variable Partikelgröße und einen niedrigen Ascheschmelzpunkt auf. Sie werden in der Regel in großen Anlagen eingesetzt, die die hohen Kosten für die Brennstoffverwaltung und die Abgasreinigung ausgleichen können.

Im Gegensatz dazu sind Biobrennstoffe von hoher Qualität, die leichter zu handhaben sind, oft bevorzugt für kleinere Anlagen.

Die Energiedichte ist ein kritischer Faktor, da sie den für die Lagerung und Handhabung des Biobrennstoffs erforderlichen Platzbedarf beeinflusst. Pellets haben beispielsweise eine Energiedichte von etwa 3100 kWh/m3, während Hackschnitzel je nach Qualität und Feuchtigkeit zwischen 630 und 860 kWh/m3 variieren können.

Biobrennstoffe mit hoher Energiedichte, wie Pellets, eignen sich besser für die Lagerung in kleinen Räumen oder für weniger häufige Lieferungen, während Hackschnitzel bevorzugt werden, wenn ausreichend Lagerplatz vorhanden ist und hohe Wärmelasten erforderlich sind.

Die spezifischen Anforderungen an den zu verwendenden Brennstoff werden jedoch vom Lieferanten der Verbrennungstechnologie bereitgestellt, und es wird immer empfohlen, sich an die europäischen oder nationalen technischen Vorschriften zu halten, um die Einhaltung der Mindestanforderungen an Biobrennstoffe sowohl für physikalische (Abmessungen, Feuchtigkeit, Dichte) als auch für chemische Parameter (Heizwert, Energiedichte, Aschegehalt oder andere chemische Elemente) zu gewährleisten.

Planung von Biomasseheizsystemen

Die für die Planung einer Biomasse-Heizungsanlage erforderlichen Tätigkeiten lassen sich in die folgenden Phasen unterteilen:

  • Planung;
  • Definition;
  • Umsetzung;
  • Abnahme;
  • Management.

Planungsphase

Im Planungsprozess eines Biomasseheizsystems umfasst die anfängliche Phase eine vorläufige Bewertung der Nachhaltigkeit des Projekts für einen bestimmten Standort. Ein häufiger Fehler in dieser Phase, insbesondere wenn die Erfahrung der Beteiligten begrenzt ist, besteht darin, Entscheidungen auf Lösungen zu stützen, die anderswo funktioniert haben. Dieser Ansatz ist jedoch nicht immer zu empfehlen, da jedes Projekt einzigartig ist und eine maßgeschneiderte Herangehensweise erfordert.

Jedes Projekt hat seine eigenen Besonderheiten, daher ist es entscheidend, jedes Element an die spezifischen Anforderungen der Benutzer anzupassen.

Um übermäßige Kosten in der Anfangsphase des Prozesses zu vermeiden, kann in Stufen vorgegangen werden: eine Vor-Machbarkeitsphase, in der alle ungeeigneten Standorte herausgefiltert und aus dem Projekt ausgeschlossen werden, gefolgt von einer detaillierteren Machbarkeitsstudie, die darauf abzielt, einige der Schlüsselvariablen zu quantifizieren, um die Angemessenheit des Vorschlags besser bewerten zu können.

Definitionsphase

Während der Definitionsphase des Projekts müssen technische und finanzielle Details weiter vertieft werden.

In dieser Phase werden Entscheidungen über die Größe des Generators und den verwendeten Brennstoff getroffen. Diese Faktoren, die alle anderen Aspekte des Systems beeinflussen, müssen auf der Grundlage eines klaren Verständnisses der Wärmeanforderungen und der spezifischen Anforderungen des Standorts identifiziert werden.

Die frühzeitige Identifizierung potenzieller Probleme, die die Umsetzung oder den Betrieb des Projekts beeinträchtigen könnten, kann Zeit und Geld in späteren Phasen sparen.

Es ist üblich, auf Probleme wie Schwierigkeiten bei der Brennstofflieferung zu bestimmten Jahreszeiten oder die Anwesenheit von Gemeinden, die empfindlich auf Lärm oder Verkehr reagieren, zu stoßen, was die Planungsentscheidungen beeinflussen könnte.

Die Einbeziehung der Stakeholder in dieser Phase kann äußerst hilfreich sein, um nützliche Informationen zu sammeln und vorhersehbare Hindernisse anzugehen. Stakeholder können das Standortmanagement, das Wartungspersonal oder die Anlagenbetreiber, die Biobrennstofflieferanten und die Endbenutzer umfassen. Auch die örtlichen Bewohner können als Stakeholder betrachtet werden, wenn sie von den Aktivitäten der Anlage betroffen sind.

Umsetzungsphase

In der Umsetzungsphase des Projekts werden den verschiedenen Akteuren Rollen zugewiesen und verschiedene Aktivitäten durchgeführt, unter Beteiligung des Kunden.

Eine gute Kommunikation zwischen allen Beteiligten in dieser Entwicklungsphase des Projekts ist wichtig. Die Verflechtung der verschiedenen Elemente des Projekts bedeutet, dass Änderungen gegenüber den in der Anfangsphase festgelegten Spezifikationen andere Komponenten des Systems beeinflussen könnten.

Regelmäßige Treffen mit den Stakeholdern sind entscheidend, um alle möglichen Änderungen am Projekt angemessen zu berücksichtigen, ohne die zukünftige Funktionalität der Anlage zu beeinträchtigen und Probleme für die beteiligten Parteien zu schaffen. Diese Phase endet mit der Inbetriebnahme des Kessels.

Abnahmephase

Nach Fertigstellung des Systems wird die Anlage dem Betreiber oder direkt dem Eigentümer übergeben.
Moderne Biomasseanlagen sind in der Regel effizient, aber ihre Leistung kann erheblich abnehmen, wenn die Betreiber nicht über angemessene Fähigkeiten verfügen oder nicht ordnungsgemäß geschult sind.

Die wichtigsten Schulungsbereiche für das Personal sind die ordnungsgemäße Handhabung, die regelmäßige Wartung, die Aschereinigung, mögliche Störungen, die während des normalen Betriebs auftreten können. Die Abnahmephase umfasst natürlich die erforderliche Abnahmeprüfung, um die Leistung gemäß den in der Planungsphase festgelegten Anforderungen zu überprüfen.

Managementphase

Nach der Übergabe der Anlage gibt es eine Phase der Einarbeitung in die Geräte und ihre Verwendung, insbesondere unter Berücksichtigung von Änderungen in den Wärmebelastungen und der Brennstoffqualität.

Die Überwachung der Anlagenleistung ist auch ein wertvolles Instrument, um Probleme im System frühzeitig zu erkennen.

Dimensionierung des Biomassekessels

Der korrekte Entwurf des Kessels ist entscheidend für einen optimalen Betrieb des Systems. Während fossile Brennstoffkessel wie Gasheizkessel dynamisch an den Wärmebedarf angepasst werden können, reagieren Biomassekessel weniger schnell und erfordern eine genaue Dimensionierung, um Ineffizienzen und Betriebsprobleme zu vermeiden.

In der Regel werden diese Kessel überdimensioniert, um das Risiko zu minimieren, die Bedürfnisse der Benutzer nicht vollständig zu erfüllen.

Biomassekessel sind weniger reaktiv und können bei Überdimensionierung kontinuierliche Ein- und Ausschaltzyklen verursachen, was zu negativen Folgen wie schlechter Verbrennungsqualität, geringer Effizienz, erhöhten Emissionen, übermäßigem Verschleiß der Komponenten und höherer Ausfallwahrscheinlichkeit führt.

Um dieses Problem zu lösen, sollte bereits während der Systemplanung eine Unterscheidung zwischen der durchschnittlichen Wärmebelastung und der Spitzenbelastung erfolgen.

Nach diesem Ansatz werden die Kessel dann dimensioniert, um nur einen Teil der Spitzenbelastung zu decken, wobei die Leistung je nach Modell und Technologie variiert. Zum Beispiel sollte ein Hackschnitzelkessel im Regelbetrieb mindestens mit 30% seiner nutzbaren Wärmeleistung arbeiten, während ein Pelletkessel auf bis zu 25% reduziert werden kann.

Eine Optimierung des Systems, auch aus wirtschaftlicher Sicht, kann die Verwendung eines kleineren Kessels vorsehen, der 50-60% der Spitzenlast abdecken kann. Zusätzlich können zur Bewältigung zusätzlicher Wärmebelastungen weitere kleinere Kessel integriert werden, die mit fossilen Brennstoffen oder Biomasse betrieben werden und über einen Wärmespeicher verfügen. Letzteres ist zu empfehlen, da es die Anlageneffizienz erhöht; ein Kessel, der für 50% der Spitzenlast dimensioniert ist, kann bis zu 85% des Bedarfs decken, wenn er mit einem geeigneten Wärmespeicher kombiniert wird.

Wenn die Wärmenachfrage im Laufe der Zeit konstanter ist oder keine signifikanten Schwankungen aufweist, kann die Anlage so dimensioniert werden, dass sie auch die Spitzenanforderungen eigenständig abdecken kann.

Wenn das Heizungssystem Teil größerer Renovierungsarbeiten ist, ist es ratsam, die thermischen Lasten herabzusetzen, da oft Maßnahmen zur Verbesserung der Gebäudeleistung, wie die Verbesserung der Wärmedämmung und die Verringerung von Wärmeverlusten, eingeführt werden.

Vor- und Nachteile eines Biomassekessels

Die Wahl eines Biomassekessels hat einige Vor- und Nachteile, die berücksichtigt werden müssen. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

  • geringe Umweltbelastung aufgrund sehr geringer CO2-Emissionen;
  • tatsächliche Einsparungen bei den Betriebskosten;
  • geringe Kosten für Pellets oder Biomasse im Allgemeinen.

Zu den Nachteilen gehören hingegen:

  • sperrige Abmessungen;
  • Notwendigkeit eines externen Technikraums;
  • regelmäßige Wartung und Reinigung;
  • getrennter Rauchgasabzug erforderlich;
  • Unannehmlichkeiten beim Brennstoffnachschub;
  • höhere Kosten im Vergleich zu Gasheizkesseln.

Unter diesen Nachteilen ist sicherlich die Notwendigkeit eines externen Technikraums von größerer Bedeutung. Im Gegensatz zu einem Kaminofen erfordert ein Kessel eine Installation außerhalb des Gebäudes.

Wie wird die Wartung eines Biomassekessels durchgeführt?

Die regelmäßige Wartung von Biomasse-Technologieanlagen, einschließlich des Kessels, sollte mindestens einmal jährlich durchgeführt werden. Diese Wartung betrifft sowohl den Wärmeerzeuger als auch das Abgassystem. Eine angemessene Wartung ist wichtig, um maximale Effizienz zu gewährleisten und schädliche Emissionen in die Atmosphäre zu minimieren. Darüber hinaus müssen auch Biomasse-Heizanlagen einer Energieeffizienzkontrollprüfung durch einen autorisierten Wartungstechniker unterzogen werden.

Was kostet die Installation eines Biomassekessels?

Die Kosten für einen Biomassekessel können je nach verschiedenen Faktoren erheblich variieren, darunter Marke, Modell, Leistung, Anlagenaufwand und erforderliche Installation. Im Allgemeinen können Biomassekessel einen höheren anfänglichen Preis im Vergleich zu herkömmlichen Gasheizkesseln haben, aber es ist wichtig, auch die langfristigen Einsparungen bei den Energiekosten sowie mögliche Steuervorteile oder Finanzierungen für Energieeffizienz zu berücksichtigen.

 

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