Das Kaminofenmodell „Sila iQ“ verfügt bereits über die intelligente Software zur automatischen Luftregelung. (Quelle: HASE Kaminofenbau GmbH)

Haustechnik 2024-07-16T07:00:00Z Kaminöfen: Clevere Verbrennungsregelung

Viele Eigenheimbesitzer lieben die behagliche Wärme ihrer mit Holz befeuerten Öfen. Wären da nicht der Feinstaub und andere Schadstoff-Emissionen. Doch die Branche hat mittlerweile reagiert und stattet Kaminöfen zunehmend mit schadstoffsenkender Technik aus. Das Fraunhofer IBP hat in diesem Zusammenhang vor einigen Jahren eine innovative Verbrennungsregelung entwickelt, die heute bereits bei mehreren Unternehmen in Serienprodukten zur Anwendung kommt.

Die am Fraunhofer-Institut für Bauphysik (Fraunhofer IBP) entwickelte Verbrennungsregelung optimiert die Verbrennung von Holz- beziehungsweise Biomassebrennstoffen in handbeschickten Kaminöfen oder anderen Kleinfeuerungsanlagen. Herzstück des softwarebasierten Regelsystems ist ein im Ofen integrierter Mikrokontroller. Der arbeitet mit Messwerten zu Temperatur und Sauerstoffkonzentration im Feuerraum und regelt auf dieser Grundlage vollautomatisch die Verbrennungsluftzufuhr – und zwar so, dass eine schadstoffarme und effiziente Verbrennung stattfindet.

Dreijähriges Forschungsprojekt

Mittlerweile haben mehrere europäische Feuerungsanlagenhersteller das Regelungssystem in den Markt eingeführt und nutzen es für einige ihrer Serienprodukte. Entwickelt wurde es vom Fraunhofer IBP in Zusammenarbeit mit Industriepartnern im Rahmen des Projekts „T2O 2 -Regelung: Entwicklung und Dauererprobung einer vermarktungsfähigen Verbrennungsregelung zur Schadstoffminderung und Effizienzerhöhung in freistehenden Raumheizern nach DIN EN 13240“ (Link zum Abschlussbericht hier).

Verbrennungsluft-Verteilungssystem mit Hardware (Sensorik, Aktoren, Mikrocontroller, Luft- und Sicherheitsklappen) und Software. (Quelle: Fraunhofer IBP)

Im Rahmen dieses dreijährigen Projekts (01.01.2020 – 31.12.2022), haben die Forschungspartner ein bereits bestehendes Regelsystem – die so genannte T2O2-Regelung – für den Einsatz in Einzelraumfeuerungsanlagen nach DIN EN 13240 bis zur Marktreife weiterentwickelt. Dabei hat der Projektpartner Sabo Elektronik GmbH das bisher auf einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) basierende T2O2-Regelsystem auf einen geeigneten Mikrocontroller übertragen. Gemeinsam mit der Firma Kutzner + Weber GmbH wurde die gesamte Hardware entwickelt und konstruiert. Als Kaminofenhersteller beteiligten sich die Firmen Hase Kaminofenbau GmbH und Wodtke GmbH am Projekt.

Ausschlaggebend für die Erlangung der Marktreife war die Weiterentwicklung und Optimierung im Zuge realer Messungen über eine komplette Heizperiode. Dabei konnte das Regelsystem an typisches Nutzerverhalten in Anheiz-, Nachlege- und Ausbrandphase „angelernt“ und weiter verbessert werden, sodass auch in schwierigen Betriebszuständen sehr gute Regelungsergebnisse erreicht werden. Im Endeffekt wird durch die optimierte Bedienung des Holzkamins der Ausstoß von Emissionen – unter anderem Verbrennungsgerüche und Ultrafeinstaubpartikel – in den heimischen vier Wänden vermieden.

Permanente Verbrennungsluft-Kontrolle

Die T2O2-Regelung ermöglicht übrigens nicht nur eine emissionsarme und effiziente Verbrennung durch bedarfsgerechte Verbrennungsluftzufuhr, sondern liefert dem Nutzer bei Bedarf auch wertvolle Informationen zur sachgemäßen Bedienung und Betriebsweise des Holzkamins. Das kann per Smartphone-App geschehen oder auch über eine ofenintegrierte LED-Anzeige. Abrufbar sind beispielsweise Hinweise zum Anheizen und zum optimalen Zeitpunkt für das Nachlegen von Brennholz. Auf diese Weise sollen die Nutzer dabei unterstützt werden, ihre Feuerungsstätten besser zu bedienen, sodass sie weniger Emissionen abgeben.

Bauteil für elektronisch geregelte Zufuhr von Primär-, Sekundär- und Tertiärluft. (Quelle: Fraunhofer IBP)

Die Software der Regelung optimiert während des gesamten Verbrennungsprozesses die Zufuhr der Verbrennungsluft. Mithilfe von Sensoren misst das System Temperatur und Sauerstoffkonzentration im Feuerraum. Anhand der Messdaten erkennt der im Ofen integrierte Mikrokontroller kontinuierlich die jeweilige Phase des Brennvorgangs und passt die Luftströme an. Dabei werden die drei Verbrennungsluftströme – Rostluft, Scheibenspülluft und Sekundärluft – getrennt voneinander eingestellt. Im Ergebnis zeigen sich nach Angaben des Fraunhofer IBP signifikant geringere Emissionen.

Holzkamine benötigen zum Anfeuern viel Sauerstoff, doch während des Abbrennens kann es dann auch schnell zu viel Sauerstoff sein, wodurch der Ofen weniger effektiv heizt. Zu wenig Verbrennungsluft wiederum führt zu mehr Rauchgas und Ruß. Die permanente Feinjustierung der Verbrennungsluftzufuhr durch die T2O2-Regelung macht deshalb durchaus Sinn. Die Abkürzung steht für übrigens für „Temperature to Oxygen“.

Universell einsetzbar

Nach Angaben des Fraunhofer IBP ist die Software zur neuen T2O2-Regelung für Einzelraumfeuerungsanlagen universell einsetzbar. Man könne sie für jeden Anlagentyp (zum Beispiel freistehende Raumheizer, Kamineinsätze, Holzherde, Speicheröfen oder Grundöfen) schnell und einfach parametrieren und ohne Neuprogrammierung einsetzen.

Projektpartner Hase setzt die Technik zum Beispiel schon heute bei mehreren seiner Kaminofenmodellen ein. Unter der Marke „HASE iQ“ vermarktet der deutsche Hersteller aus Trier die Technik als „intelligentes Feuer“. Während die Zuluft für Holzkamine früher von Hand geregelt werden musste, regele HASE iQ den sauberen Abbrand vollautomatisch. Das System sorge von selbst dafür, dass die optimale Brennraumtemperatur von 500 bis 600 Grad rasch erreicht und gehalten wird. Das führe zu einem „effizienten Feuer mit sparsamen Holzverbrauch und absolut minimalen Emissionen“. Der Nutzer müsse nur noch das Holz zum Anheizen auflegen, den Anzünder entflammen und die Ofentür schließen – dann könne er sich entspannt zurücklehnen.

Nach Angaben des Fraunhofer IBP haben auch schon weitere Hersteller die Temperatur-Sauerstoff-Regelung in Serienprodukte integriert oder stehen kurz davor. Um weitere Interessenten bei der Übernahme des Systems zu begleiten, wurde erst kürzlich die Firma AMA Innovation und Manufacturing GmbH gegründet. Diese Ausgründung der Fraunhofer-Gesellschaft soll künftig Feuerungsanlagenhersteller bei der Umsetzung der Regelungstechnik sowie bei technischen Maßnahmen, die für die Erfüllung von Emissionsanforderungen erforderlich sind, unterstützen.

zuletzt editiert am 15. Juli 2024