Die Aspekte einer besonders sauberen Heizungstechnik mit Holzpellets werden exemplarisch für ein öffentliches Gebäude in Donaueschingen beschrieben. Diese Form der energetischen Verwendung gilt als regenerativ, da die Gewinnung der Rohstoffe für Holzpellets in Deutschland nachhaltig ist. Die Forstwirtschaft stellt sicher, dass nicht mehr geerntet wird, als nachwachsen kann. Die Säge- und Holzindustrie fertigt das Schnittholz für Baukonstruktionen, in dem das von Bäumen gespeicherte CO2 gebunden ist. Der Rest – gepresstes Sägemehl in Form von Pellets und Hackschnitzeln – ersetzt fossile Brennstoffe und trägt damit zur Energiewende bei.
„Bei der Verbrennung dieser Restmenge wird das von den Bäumen ursprünglich gebundene CO2 frei. Allerdings geschähe dies ebenfalls in gleichem Umfang, wenn diese Holzreste in einem unberührten Wald als sogenanntes Totholz verrotten würden“, erklärt Martin Bentele, Geschäftsführer des Deutschen Energieholz- und Pellet-Verbandes (DEPV) mit Sitz in Berlin. Während pro kWh Wärme aus der Verbrennung von Erdöl 318 g CO2 und aus Erdgas 247 g CO2 frei werden, sind es bei Holzpellets lediglich 22 g CO2, wie in der Broschüre „Klima und Umwelt“ des Deutschen Pelletinstituts (DEPI) in Berlin dargelegt wurde. Insofern gelten Holzbrennstoffe als nahezu CO2-neutral, was auch eine Voraussetzung dafür ist, dass der Einbau neuer Holzheizanlagen in Bestandsgebäuden unter bestimmten Voraussetzungen seit 1. Januar 2024 wieder mit staatlichen Fördermitteln belohnt wird, wie in der Förderfibel des Deutschen Pelletinstituts nachzulesen ist.
Zukünftiger Brennstoffbedarf ist gesichert
Der steigende Bedarf an Schnittholz für Baukonstruktionen lässt sich in Deutschland langfristig und weitgehend ohne Importe decken, denn es stammt überwiegend von weniger klimaresistenten Nadelbäumen, die zur Transformation unserer Wälder allmählich durch Laubbäume ersetzt werden müssen. Und wir haben zudem Jahr für Jahr eine Steigerung an Waldsubstanz durch das stete Wachstum verbleibender und nachgepflanzter Bäume. Es wächst im deutschen Wald traditionell mehr nach als „geerntet“ wird – auch in Zukunft. Bei den gegenwärtig in Deutschland anfallenden Holz- und Restholzmengen wäre theoretisch, laut DEPI in der Darstellung „Unser Wald der Zukunft“, Februar 2024, sogar eine Verdoppelung der Pelletproduktion möglich.
Die Quote des Holzbaus in Deutschland stieg in den vergangenen Jahren deutlich, damit auch der Bedarf an Schnittholz. Zwangsläufig erhöhte sich dadurch die dabei entstehende Menge an Sägemehl und Restholz, aus denen Holzpellets gepresst werden. Die Holzbauquote lag 2018, nach Angabe des Statistischen Bundesamtes, bei 17,8 %, vier Jahre später bereits bei 21,3 % – und das nicht nur im Wohnungsbau. Nichtwohngebäude mit „überwiegend verwendetem Baustoff Holz“ lagen bei den Baugenehmigungen in den Jahren 2018 und 2022 gleichauf mit Wohngebäuden, wie dem Lagebericht 2023, Holzbau Deutschland, Bund Deutscher Zimmermeister im Zentralverband des Deutschen Baugewerbes e. V., Berlin, Stand Juni 2023, zu entnehmen ist.
Diese Tendenz wird allgemein begrüßt, da sie den Bedarf an Baustoffen mit schlechterer Ökobilanz wie Stahl und Beton verringert.
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Nadelholz wird stofflich und energetisch genutzt
Zu den Nichtwohngebäuden zählt das im November 2023 fertiggestellte Vereinsheim des Schellenberg-Sportclubs Donaueschingen (SSC). Mit Blick auf den Werkstoff Holz funktioniert die regionale Kreislaufwirtschaft, denn in der nachhaltigen Forstwirtschaft des heimischen Schwarzwalds fällt ohnehin regelmäßig Nadelholz an. Dies ergibt zu 60 % Schnittholz für Baukonstruktionen, das CO2 langfristig bindet. Die restlichen 40 % sind Sägenebenprodukte, aus denen die Brennstoffe Hackschnitzel und Holzpellets gewonnen werden. Diese Nebenprodukte gingen früher an Spanplatten- und Papierfabriken, deren Bedarf jedoch rückläufig ist. Auch deshalb entstehen aktuell neue Holzpellet-Produktionsanlagen direkt bei den Sägewerken als zusätzlicher Geschäftszweig. Das reduziert den Materialtransport und wirkt preissenkend. Auch die energetische Verwertung der verbleibenden Biomasse ist sinnvoll, solange sie aus nachhaltiger Durchforstung unserer Wälder stammt und zugleich fossile Brennstoffe ersetzt.
Wäre der Neubau des Vereinsheims in Donaueschingen Teil eines Umweltwettbewerbs unter Fußballclubs, würde der SSC sicherlich schon mit drei Toren in Führung liegen. Das erste: Die Konstruktion des Gebäudes besteht aus einheimischem Nadelholz. Das zweite: Es ist ein Pilotprojekt beim Umgang mit Regenwasser. Denn 100 % der Niederschläge werden auf dem Grundstück zurückgehalten, die Hälfte davon wird zur Verdunstung gebracht, wie König in seinem „Pilotprojekt mit optimierter Verdunstungsrate“ im Bundesbaublatt, Stadt- und Quartiersentwicklung, Ausgabe 1–2, 2024, Bauverlag Gütersloh, ausführlich erläutert. Dies entspricht den seit Kurzem geltenden Regeln der Technik zur Gebäudeentwässerung und ist ein Vorgriff auf Regelungen im Bau- und Wasserrecht, mit denen in einigen Jahren zu rechnen ist. Das Vereinsheim erfüllt bereits heute künftige Anforderungen zugunsten des natürlichen Wasserhaushalts.
Lager- und Entnahmetechnik sind unterirdisch
Das dritte Tor bzw. das ökologische „Highlight“ stellt die Heizungstechnik im Gebäude des SSC dar. Sie entspricht den Zielen der Nationalen Luftreinhaltungsstrategie, wie im „Nationalen Luftreinhalteprogramm“, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV), Berlin, Entwurf Stand 7. Juni 2023, beschrieben. Die Heizungstechnik im Gebäude des SSC übertrifft die Vorgaben der zweiten Stufe der ersten Bundes-Immissionsschutz-Verordnung (BImSchV), die zum 1. Januar 2025 in Kraft tritt. Dort stehen unter anderem Kaminöfen älterer Bauart im Fokus. „Automatisch betriebene Heizkessel für Holzpellets sind immer schon effektiver und sauberer in der Verbrennung und spielen in einer ganz anderen Liga“, weiß Martin Lienhard. Er ist Mitglied im Verein SSC und gewählter Stadtrat in Donaueschingen, der bei diesem Objekt einer der Initiatoren der Regenwasserbewirtschaftung und der Holzpelletheizung war.
„Aus heutiger Sicht hat beides einen futuristischen Touch. In zehn Jahren jedoch wird Umwelttechnik wie diese von den Behörden im Zuge der Baugenehmigung eingefordert“, ist Lienhard überzeugt. Als Leiter der technischen Abteilung der ortsansässigen Firma Mall kennt er die Pellet- und Regenwasserbranche seit Jahrzehnten. Mall hat bei diesem Objekt die Lager- und Entnahmetechnik sowohl für die Regenwasserbewirtschaftung als auch für den Brennstoff Holzpellets geliefert und montiert. Das eingeschossige Vereinsheim wurde kostengünstig ohne Keller gebaut. Ein solcher ist für Regenwassertank und Holzpelletlager aus Betonfertigteilen auch nicht erforderlich. Wichtig sind stattdessen klare Schnittstellen für die beteiligten Gewerke.
Schnittstellen, Gewährleistung und Wartung
Die Verantwortlichen von Tiefbau und Heizung profitieren von den Schnittstellen, die der vorgefertigte Pelletspeicher bietet. Das begünstigt Ausführung, Objektüberwachung und Gewährleistung. Die Installation des Leerrohres zwischen der Außenwand des Heizraums und dem unter der Grünfläche eingebauten Speicherbehälter wie auch des Lüftungsrohres vom Speicher zur Geländeoberfläche an der Gebäudeaußenwand sind Leistungen eines Tiefbauunternehmens. Die Schnittstellen für beide Rohre sind die im Betonspeicher ab Werk schon vorhandenen runden Öffnungen und Dichtungsmanschetten. Die Heizungsbauer legen von der Saugturbine ihres Pelletkessels eine Elektroleitung sowie die Schläuche für Saug- und Rückluft durch das in der Außenwand des Gebäudes beginnende Leerrohr zum unterirdischen Speicherbehälter. Hier werden diese an der dort angebrachten Adapterplatte befestigt.
Somit ist die automatische Pelletentnahme betriebsbereit, denn im Speicher war der mitgelieferte Saugroboter „Maulwurf“ bis zu dieser Adapterplatte, von der anderen Seite her, vom Herstellerwerk vormontiert. Ab diesem Zeitpunkt geht bei Brennstoffbedarf der elektrische Impuls des Kessels an die Saugturbine und gleichzeitig an den „Maulwurf“. Wichtig zur Betriebssicherheit ist die in DIN EN ISO 20023 geforderte Wartung. Diese sollte nach fünf Lieferungen erfolgen bzw. alle zwei Jahre nach vollständiger Entleerung des Lagers sowie dessen Reinigung von Feinanteilen. Dafür haben manche Pelletlieferanten die entsprechende technische Ausrüstung und auch der Lagerhersteller bietet diese Dienstleistungen in einem Wartungsvertrag an.
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Luftreinhaltung ohne Feinstaubfilter
Während andere Holzheizsysteme Elektrofilter zur Reduktion von Staubemissionen einsetzen, kann die Pelletverfeuerung im Vereinsheim mit effektiven und einfachen Maßnahmen den Feinstaub nahezu komplett vermeiden. Die Besonderheit ist zum einen die spezielle Verbrennungstechnik, die nicht nur eine Flammenbildung, sondern auch die unterteilte Rückführung des Verfeuerungsabgases in die Primärluft sowie in die Hochtemperatur-Ausbrandzone unterdrückt. Übrig bleibt nur Wärme und gereinigtes Abgas. Ein Pelletkessel mit dieser „ZeroFlame“-Technik stößt im Jahresmittel nur rund ein Zehntel dessen aus, was der Reifenabrieb eines durchschnittlichen Pkw verursacht, wie in der Produktinformation der ÖkoFEN Forschungs- & Entwicklungs Ges.m.b.H. „ZeroFlame Technology. Feuer neu erfunden“ dargelegt.
„Der 9-stündige Lastzyklustest, der Start-, Stopp- und modulierende Phasen berücksichtigt, simuliert den Heizungsbetrieb über ein ganzes Jahr. Auch bei sich verändernder sogenannter dynamischer Leistungsabnahme bleibt der durchschnittliche Emissionswert unseres ZeroFlame-Heizkessels deutlich unter der zulässigen Messunsicherheit bei Praxismessungen“, sagt Lothar Tomaschko, geschäftsführender Gesellschafter in der ÖkoFEN-Deutschlandzentrale, und ergänzt: „Prüfberichte vergleichbarer Heizkessel erreichen ebenso gute Werte, jedoch oft nur bei statischer Leistungsabnahme unter besten Bedingungen.“
Höherer Wirkungsgrad, sinkende Heizkosten
Die Brennwerttechnik nutzt die mit der Verbrennungsluft entweichende Wärme durch einen Wärmetauscher und kondensiert dabei den enthaltenen Wasserdampf. Bei der Kondensation entsteht Wasser und aus diesem Phasenübergang gasförmig/flüssig wird sogenannte Latentwärme freigesetzt, die für die Heizung genutzt werden kann. Das wird kombiniert mit der Feuerungstechnik ZeroFlame. Beide Verfahren laufen leise innerhalb des Heizkessels ab, der nach Bedarf automatisch im unterirdischen Brennstofflager Holzpellets ansaugt. Er verwandelt diesen Brennstoff in Heizwärme und reduziert ohne Filter den Feinstaub durch Nachverbrennung so weit, dass er kaum mehr messbar ist – was gleichsam eine Quadratur des Kreises bedeutet. Wird ein Brenner auf modulierenden Betrieb programmiert, kann dieser Heizkessel, anders als im beschriebenen Objekt, sogar ohne Pufferspeicher effektiv betrieben werden.
Wer beim Heizungstausch in Bestandsgebäuden einen Heizkessel mit geringen Feinstaubwerten installieren lässt, kann zusätzlich zu mehreren Fördersätzen und Boni auch noch den staatlichen Emissionsminderungs-Zuschlag von 2500 Euro beantragen. Dafür sind höchstens 2,5 mg Staub pro m³ Abgas zulässig. Der hier beschriebene „Pellematic Condens“ liegt bei lediglich
0,5 mg/m3 bei einer Nennlast von 10 kW und bei durchschnittlich 2,0 mg/m3 bezogen auf 13 % O2 im Lastzyklustest. Vgl. „ZeroFlame Technology. Feuer neu erfunden“, Produktinformation ÖkoFEN Forschungs- & Entwicklungs Ges.m.b.H. Im Vergleich zu Standard-Pelletkesseln holt die im SSC-Vereinsheim installierte Brennwertvariante laut Produktinformation im Idealfall 16,3 % mehr Wärme aus Abgas und kondensiertem Wasserdampf. Daraus resultieren eine nennenswerte Umweltentlastung und für die Betreiber bis zu 15 % Heizkostenersparnis – in der Fußballsprache des SSC Donaueschingen ist dieser Heizkessel ein Kandidat für den Champions-League-Pokal der Holzheizsysteme.
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Herkunft und Qualität von Holzpellets
Holzpellets bestehen zu 90 % aus Industrierestholz, das z. B. in Form von Sägespänen im Sägewerk anfällt. Es wird kaum international gehandelt, sondern in Deutschland zu Pellets weiterverarbeitet. Deutschland kann auch weiterhin den Pelletbedarf selbst decken. Das bestätigen Daten des Statistischen Bundesamtes (Destatis) und aktuell die des Thünen-Instituts zur Holzhandelsbilanz.
Auch bei der vorausgehenden Verarbeitungsstufe, dem Rohholz, wird nur wenig des für Pellets relevanten Nadelholzes importiert. Die Handelsbilanzen zeigen, dass Deutschland wieder mehr Rohholz aus- als einführt. Die kleine Menge Nadelholz, die aus dem Ausland kommt, stammt zum Großteil aus den direkten Nachbarländern. Das heißt, die Nadelholzspäne, die bei uns zu Pellets gepresst werden, haben generell nur kurze Transportwege und stammen aus nachhaltiger Waldbewirtschaftung.
Der Deutsche Energieholz- und Pellet-Verband e. V. (DEPV) empfiehlt Verbrauchern, beim Pelletkauf auf das ENplus-Siegel zu achten. Anhand der ID-Nummern von Händlern und Produzenten können Käufer einfach nachvollziehen, woher die Pellets kommen. „DE“ steht dabei für Unternehmen mit Sitz in Deutschland.
Mehr unter: www.enplus-pellets.de, siehe auch DEPV-Pressemitteilung vom 26. September 2023.
Finanzielle Förderung: Emissionsminderungs-Zuschlag
Beim Heizungstausch in Bestandsgebäuden gibt es seit 1. Januar 2024 gemäß Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) 2500 Euro extra für die Installation einer Holzheizungsanlage, die höchstens 2,5 mg Staub pro m³ Abgas emittiert. Dieser Zuschlag kommt unabhängig vom Fördersatz hinzu, wird vom Höchstfördersatz also ggf. nicht gekappt. Bei welchen Anlagen der Zuschlag gezahlt wird, ist der Liste der förderfähigen Holzheizungsanlagen zu entnehmen.
Der Fördersatz wird immer auf die förderfähigen Kosten bezogen (Bruttokosten einschließlich MwSt.). Dabei gelten Höchstbeträge, die gefördert werden können. Werden ergänzend Förderprogramme von Ländern oder Kommunen genutzt, wird der Gesamtfördersatz bei 60 % gedeckelt (nur bei kommunalen Antragstellern 90 %), wie in der „Förderfibel“ des Deutschen Pelletinstituts (DEPI) beschrieben.
Normgerechte Lüftung des Holzpelletlagers
Der in Donaueschingen eingebaute Betonbehälter verfügt über eine Lüftungsleitung DN 100, die zur Gebäudewand hin verlegt wurde und dort ca. 1 m über Gelände mit einer schlagregensicheren Haube abgedeckt ist. Dies entspricht den Vorgaben der VDI-Richtlinie 3464. Laut Technischer Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 900, auf die in DIN EN ISO 20023 verwiesen wird, ist in Deutschland ein kurzzeitiges Betreten unterirdischer Pelletspeicher bzw. Erdlager bis zu 15 Minuten in Anwesenheit einer eingewiesenen zweiten Person erlaubt, wenn die CO-Konzentration im Lager unter 60 ppm beträgt. Ein CO-Warngerät muss eingeschaltet am Körper getragen werden.
Ein längerer Aufenthalt im Lager ist nur zulässig, wenn die CO-Konzentration unter 30 ppm liegt. Warngeräte sollen nicht stationär im Lagerraum bzw. Lagerbehälter angebracht sein, da die im Holz enthaltenen Terpene ebenso wie Druckschwankungen und Staub/Feinanteile die CO-Sensoren auf Dauer schädigen. Um die Verantwortlichen des Objekts von derlei Gefahren und Vorkehrungen zu entlasten, kann die während des Betriebs turnusmäßig fällige Wartung in die Ausschreibung zur Lieferung des unterirdischen Beton-Pelletspeichers einbezogen werden. Dann kümmert sich der Hersteller in Absprache mit dem Pelletlieferanten darum und sorgt unter anderem dafür, dass vor einer erneuten Befüllung der Speicher leergesaugt, gereinigt und inspiziert wird. Dieser Vorgang wird im „Planerhandbuch Neue Energien. Unterirdische Lagersysteme für Pellets und Biomasse“, Ausgabe 2024/2025, Mall GmbH, ausführlich dargelegt.
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Bild: Lauterwasser
