Optimiertes Holzpelletlager im Praxiseinsatz

20.09.2023 | Veröffentlicht in Ausgabe 09-2023 | Druckvorschau

Schlossberghalle Niedereschach, Schwarzwald-Baar-Kreis: Eine Gruppe eng zusammenstehender Gebäude wird von einer Heizzentrale mit Wärme versorgt. Die alte Ölheizung wurde durch ein bivalentes Holzpellet-Gas-Brennwert-Heizsystem ersetzt. - © Bild: König — © Bild: König

Schlossberghalle Niedereschach, Schwarzwald-Baar-Kreis: Eine Gruppe eng zusammenstehender Gebäude wird von einer Heizzentrale mit Wärme versorgt. Die alte Ölheizung wurde durch ein bivalentes Holzpellet-Gas-Brennwert-Heizsystem ersetzt.

Bei großen Betonfertigteilbehältern für die unterirdische Bevorratung von Pellets gibt es im Hinblick auf Platzbedarf und Transportkosten eine optimierte Variante: den Ovalbehälter. Er ist kompatibel mit den meisten Pelletkesseln und ist mit automatischer Entnahmetechnik ausgestattet. Wie sich das System in der Heizpraxis bewährt hat, beleuchtet der folgende Bericht unseres Fachautors Klaus W. König.

Die Gemeinde Niedereschach, Schwarzwald-Baar-Kreis, ist im Ortsteil Kappel Eigentümerin einer Gruppe eng zusammenstehender Gebäude aus verschiedenen Architekturepochen. Dazu gehören sowohl die Schlossberghalle (ein Mehrzwecksaal) als auch die Grundschule, der Kindergarten und das Feuerwehrgerätehaus. Die Wärme für das Ensemble lieferte 18 Jahre lang eine Ölheizung, die im Jahr 2019 bei der energetischen Sanierung der gesamten Häusergruppe ausgetauscht wurde. Der Rechenwert für die Jahresenergie liegt bei 216.000 kWh.

Bivalentes Heizsystem, platzsparendes Brennstofflager

Bei dem neu realisierten, bivalenten Heizungskonzept deckt ein Holzpelletkessel mit 100 kW die Grundlast ab, was 80 % der Heizlast entspricht. Eine Gas-Brennwerttherme mit 100 kW Heizleistung übernimmt die Spitzenlast und deckt Notfälle sowie Ausfälle und Wartungsintervalle des Pelletkessels ab. Beide Kessel sowie ein Heizwasserpufferspeicher-Volumen von 2 x 1.500 l stehen im Keller der Schlossberghalle. Die Trinkwassererwärmung erfolgt nach Bedarf über den Wärmeübertrager eines Frischwassermoduls.

Im Zuge der Renovierungsarbeiten und der Neugestaltung der Außenanlagen sollte der Pelletspeicher den Platz des ausgedienten Öltanks, in der Erde unter dem Stellplatz des Seiteneingangs, einnehmen. Füllmenge und Abmessungen des neuen Ovalbehälters „Mall-ThermoPel 30000“ (Füllvolumen: 30 m³ bzw. 19,5 t) entsprachen genau diesen Erfordernissen, sodass keine weitere Baugrube ausgehoben werden musste – ein großer Kostenvorteil mit Blick auf das Hanggelände innerhalb des bestehenden Baugebiets in Kappel. Das Versetzen und die Montage der Betonfertigteile waren in einem Tag erledigt, sodass im Gegensatz zu einer Lösung in Ortbeton für den Bauablauf wertvolle Zeit gespart wurde. Mit reduziertem Gewicht und einer für Lkw-Transporte verbesserten Geometrie verringern sich außerdem der Aufwand von Material und Energie bei der Herstellung sowie die Zahl der Fahrten bei der Lieferung der Speicherkomponenten. Das senkt nochmals die Kosten.

**Nach der Entnahme des alten Öltanks wurde die Baugrube für die Einbringung des neuen Fertigteil-Pelletspeichers vorbereitet: mit einer 10 bis 20 cm hohen Sandauflage.**

Klar definierte Schnittstellen sind wichtig

Für Bauleitung und Handwerksbetriebe sind klar definierte, arbeitsteilige Schnittstellen außerordentlich wichtig, weil sie u. a. für kurze Montagezeiten und eine klare Gewährleistungsabgrenzung sorgen. So hat der Heizungsfachhandwerker von der Saugturbine des Pelletkessels die Schläuche für Saug- und Rückluft durch ein Leerrohr nach draußen in den Erdspeicher gezogen. Der Anschluss erfolgte dann durch das Montageteam des Speicherherstellers an der Adapterplatte, der ersten Schnittstelle zwischen Heizungskessel und Speicherbehälter. Das dafür genutzte Leerrohr wie auch das Lüftungsrohr vom Speicher zur Gebäudeaußenwand wurden vorab vom Tiefbauunternehmen ausgeführt – begünstigt durch die im Betonspeicher ab Werk schon vorhandenen runden Öffnungen (inklusive Wanddurchführung DN 200 und Dichtung).

Bei der zweiten Schnittstelle, dem Steuergerät der Pellet-Entnahmetechnik, war es noch einfacher. Von der Saugturbine bis zur vereinbarten Stelle an der Wand im Heizraum hatte der Elektroinstallateur eine Leitung gezogen. Das Montageteam des Speicherherstellers konnte so das Pellet-Entnahmesystem „Maulwurf“ (einschließlich Steuergerät) liefern, montieren und nach Anschluss des Elektrokabels in Betrieb nehmen. Damit geht der Impuls des Kessels bei Brennstoffbedarf gleichzeitig an die Saugturbine, die ein Teil des Heizungskessels ist, sowie an das Entnahmesystem im Erdlager.

Das Entnahmesystem „Maulwurf 6000-E3“ für Großanlagen funktioniert pneumatisch: Die Pellets werden von der Heizzentrale im Keller angesaugt. Lage und Höhe des Pelletspeichers sind somit flexibel; starre und teure Förderschnecken entfallen. Das Saugsystem entnimmt die Pellets von oben, ist damit immer einsehbar und verhindert, dass Hohlräume entstehen.

Normgerechte Lüftung des Erdlagers

Der in Niedereschach unterirdisch eingebaute Ovalbehälter verfügt über eine Lüftungsleitung DN 200, 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, falls die CO-Konzentration im Lager weniger als 60 ppm beträgt. Ein CO-Warngerät muss eingeschaltet am Körper getragen werden. Ein längerer Aufenthalt im Lager ist nur zulässig, falls 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.

Vom Lieferfahrzeug wurde der Ovalbehälter per Autokran in die vorbereitete Baugrube eingebracht. Er verursacht weder Überbreite noch Übergewicht und kann daher ohne Sondergenehmigung zum Einbauort gefahren werden. — Vom Lieferfahrzeug wurde der Ovalbehälter per Autokran in die vorbereitete Baugrube eingebracht. Er verursacht weder Überbreite noch Übergewicht
und kann daher ohne Sondergenehmigung zum Einbauort gefahren werden.

Wartung von Speicher- und Entnahmetechnik

Um die Hausmeister des Objekts von derlei Gefahren und Vorkehrungen zu entlasten, wurde die während des Betriebs regelmäßig fällige Wartung in die Ausschreibung zur Lieferung des Pelletspeichers einbezogen und somit dem Hersteller Mall übertragen. Dieser bietet bei Neuanlagen den Betreibern der Pelletheizung einen Wartungsvertrag mit folgenden Leistungen an:

Messung der CO-Konzentration im Speicher

Kontrolle des (teil-)entleerten Speichers

Funktionsprüfung des Maulwurfs

Funktionsprüfung der Steuereinheit

Kontrolle der Schachtabdeckungen

Reinigen der Dichtflächen

Kontrolle der Drainageöffnungen

Messung des Unterdrucks am Maulwurf

Sichtprüfung des Verschleißteils „Saugschlauch“

Sichtprüfung insbesondere der Schlauchverbindungen und der elektrischen Schraub-steck-Verbindungen

Clemens Hüttinger von Mall erklärt dazu: „Wenn der Kunde es so organisieren kann und er das wünscht, führen wir, bevor der Speicher neu befüllt wird, am gleichen Tag die Wartung aus. Dabei besteht die Chance, einen Facility-Manager bzw. Hausmeister in die Besonderheiten einzuweisen und ihm zu zeigen, wie der Pelletlieferant beim Befüllen vorgehen sollte.“

Sind ca. 100 t Brennmaterial verheizt worden, ist es an der Zeit, bei der Wartung den Saugschlauch im Speicher vorsorglich auszutauschen. So wird sichergestellt, dass der allmähliche Abrieb in den Krümmungen der flexiblen Leitung nicht zu einem Leck und damit zu einer Betriebsunterbrechung führt. Der Saugschlauch ist in dieser Hinsicht vergleichbar mit Reifen oder Bremsbelägen beim Fahrzeug: Selbst die Verwendung des besten Materials kann Verschleiß durch mechanische Beanspruchung nicht verhindern. Verantwortlich handelt, wer als Betreiber Fachkundige im Zuge einer Inspektion regelmäßig einen Blick darauf werfen lässt.

Produktion des Ovalbehälters: Alle Stahlbetonbehälter des Herstellers sind fugenlos und wasserdicht. Dadurch sind sie nicht nur für Schüttgut, wie Holzpellets, sondern z. B. auch für die Lagerung von Löschwasser einsetzbar.

Erfahrungen aus Sicht des Auftraggebers

Der stellvertretende Bauamtsleiter Andreas Haberer blickt zurück auf die letzten vier Heizperioden und stellt im April 2023 fest: „Wir sind mit der Entscheidung, auf den Brennstoff Holzpellets umzustellen, grundsätzlich zufrieden, wenngleich uns die Preissteigerungen auf das Drei- bis Vierfache in den letzten zwölf Monaten zu schaffen machen.“ Im Gegensatz zu einem privaten Heizungsbetreiber muss die Gemeinde Niedereschach vor jeder Pelletlieferung Vergleichsangebote einholen. Das kostet Zeit und Aufmerksamkeit, denn gemäß DIN EN ISO 20023 sollte nach fünf Lieferungen bzw. alle zwei Jahre das Lager vollständig entleert und von Feinanteilen gereinigt werden. Dafür sind üblicherweise die Pelletlieferanten zuständig und mit entsprechender Technik ausgestattet.

Haberer hat jedoch auch Überraschungen erlebt. Nach eineinhalb Jahren war der Brennrost im Heizungskessel durchgeglüht. „Erstaunlich, aber nicht dramatisch – war noch innerhalb der Gewährleistungszeit.“ Dann gab es einen Schaden in der Schnecke der Saugturbine. Durch ein seltsames Metallteil, das aus dem Brennstofflager bzw. der Pelletlieferung gekommen sein muss, wurde die weitere Zufuhr von Pellets in den Kessel blockiert. Hier hat eine Versicherung die Reparaturkosten übernommen. Und im Pelletspeicher hatte der Saugschlauch am pneumatischen Entnahmesystem „Maulwurf“ Schaden genommen, wobei der Speicherhersteller den Austausch kurzfristig vorgenommen habe, berichtet Haberer und fügt hinzu: „Gut, dass wir durch unser bivalentes System den gasbetriebenen Spitzenlastkessel in Reserve haben. Er überbrückt derartige Situationen automatisch. So kann der Hausmeister in Ruhe die Beseitigung einer Störung veranlassen“.

**Das neue, unterirdische Stahlbeton-Pelletlager ist 2,60 m hoch und 2,48 m breit. Nach der Einbringung erfolgte die Montage unter beengten Platzverhältnissen durch den Hersteller.**

Ovalbehälter nach abgeschlossener Montage: Die drei runden Befüllöffnungen und der rechteckige Einstieg haben ab Werk in den Schachthälsen Kondenswasserabläufe DN 40 ins Erdreich – hier seitlich zu sehen.

Blick auf die drei Befüllöffnungen und auf den rechteckigen Behältereinstieg nach der Fertigstellung der befahrbaren Fläche über dem Pelletspeicher. An der Hauswand sichtbar die mit dem Speicher-Innenraum verbundene Lüftungsleitung DN 200, die ca. einen Meter über Gelände mit einer schlagregensicheren Haube abgedeckt ist.

Die Abdeckungen der Befüllöffnungen des Ovalbehälters sind aus BEGU Kl. B befahrbar, haben einen Durchmesser von 600 mm und sind tagwasserdicht. Das heißt: Bei 10 cm Wasserstau über der Dichtung muss es unter der Dichtung für mindestens 10 Min. trocken bleiben.

Motorgebläse zur „mechanischen“ Lüftung gemäß DIN EN ISO 20023, bevor in den Pelletspeicher, z. B. für Wartungsarbeiten, eingestiegen wird. Sobald die CO-Konzentration den Einstieg zulässt, muss eine eingewiesene zweite Person präsent sein und ein CO-Warngerät eingeschaltet am Körper getragen werden.

Die Montage des programmgesteuerten Holzpellet-Entnahmesystems „Maulwurf“, hier vor der Befüllung unter der Decke des Speichers arretiert, gehört zum Leistungsumfang des Speicherherstellers – inklusive der flexiblen Saugleitung bis zur Adapterplatte.

Schnittstelle Adapterplatte im Pelletspeicher: Saugschlauch (weiß) als flexible Kunststoffleitung, daneben Rückluftschlauch (blau). Von hier bis zur Saugturbine am Heizkessel ist der Heizungsfachbetrieb für das Verlegen der Schläuche verantwortlich.

Der Heizungsinstallateur programmiert nach der Montage den Pelletkessel. Ein Steuergerät zur Pellet-Entnahme hängt an der Wand im Heizraum und wurde vom Speicherhersteller programmiert. Es verbindet die Saugturbine des Heizungskessels mit dem pneumatischen Entnahmesystem „Maulwurf“ im Erdlager.

Ovalbehälter mit optimierter Geometrie

Befahrbare Speicher für Holzpellets aus Stahlbeton-Fertigteilen gab es beim Hersteller Mall nur bis 22 m³ (in der Baureihe mit 3 m Durchmesser) und erst wieder von 45 bis 60 m³ Fassungsvermögen (mit 6 m Durchmesser). Der Ovalbehälter mit einem Nennvolumen von 30 m³ schließt diese Lücke. Er ist in der Preisliste mit 39,7 m³ Behältervolumen angegeben. Das tatsächliche Fassungsvermögen reduziert sich beim Befüllen mit Pellets durch die Hohlräume über den drei Schüttkegeln auf das genannte Nennvolumen, daher die Typbezeichnung ThermoPel 30000.

Laut Clemens Hüttinger, Fachingenieur für Haustechnik bei Mall, ist die Entwicklung des Ovalbehälters ein Beitrag zum kostengünstigen Bauen. „Der neue Behälter verbindet die Vorteile der monolithischen Fertigung mit einer optimierten Geometrie für den Transport, denn die Breite von 2,48 m und die Höhe von 2,60 m erlauben den Transport mit gewöhnlichen Straßen-Lkws“. Dieser Stahlbetonbehälter mit einer Länge von 8,00 m ist fugenlos hergestellt und wasserdicht. Kondenswasser-Abläufe für die Schachthälse, Anschlüsse für die Pelletentnahme oder die Lüftung in Form von Kernbohrungen mit Wanddurchführung und Dichtung werden schon bei der Produktion integriert.

Mall-Pelletspeicher ThermoPel 30000: oben die drei runden Befüllöffnungen und der rechteckige Einstieg, links abgedichtete Wanddurchführungen (Anschluss für Leerrohre zum Heizkessel und zur Außenluft), innen das Entnahmesystem „Maulwurf“.

DEPV-Broschüre zur Holzpellet-Lagerung

Die vollständig überarbeitete Broschüre des Deutschen Pelletinstituts (DEPI) „Lagerung von Holzpellets – ENplus-konforme Lagersysteme“ erklärt detailliert die Planung eines sicheren und die Brennstoffqualität schonenden Lagers. Diese Empfehlungen des Deutschen Energieholz- und Pellet-Verbandes (DEPV) richten sich an Fachleute und Privatpersonen, die Pelletlager planen, errichten und ausstatten wollen. Sowohl für Lagerräume als auch Fertiglagersysteme werden der aktuelle Stand der Technik und Normen zu Lage, Brandschutz, Statik, Austrags- und Befüllsystemen sowie Belüftung anhand vieler Skizzen und Bilder praxisnah erläutert. Auch die Inhalte der 2019 erschienenen DIN EN ISO 20023 wurden aufgegriffen. Für Erdlager jeglicher Größe, die in Kapitel 5 der DEPI-Broschüre behandelt werden, ist demnach grundsätzlich eine mechanische Lüftung vor dem Einsteigen erforderlich (Anmerkung des Autors: Luftwechsel, erzielt durch ein Gerät mit Fremdenergie, der über die aus atmosphärischen Druckverhältnissen entstehende Luftwechselrate hinausgeht). Besonders großen Lagern mit mehr als 30 t Fassungsvermögen wurde in der DEPI-Broschüre das Kapitel 8 gewidmet.

Literatur

VDI-Richtlinie 3464 „Lagerung von Holzpellets beim Verbraucher – Anforderungen an Lager sowie Herstellung und Anlieferung der Pellets unter Gesundheits- und Sicherheitsaspekten“. Beuth Verlag, Berlin. www.beuth.de

DIN EN ISO 20023:2019-04 „Biogene Festbrennstoffe – Sicherheit von Pellets aus biogenen Festbrennstoffen – Sicherer Umgang und Lagerung von Holzpellets in häuslichen und anderen kleinen Feuerstätten“. Beuth Verlag, Berlin. www.beuth.de

TRGS 900 Arbeitsplatzgrenzwerte: Technische Regel für Gefahrstoffe, Ausgabe: Januar 2006. BArBl. Heft 1/2006 S. 41-55, zuletzt geändert und ergänzt: GMBl 2019 S. 117–119 vom 29. März 2019
[Nr. 7]. Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin

DEPI-Broschüre „Lagerung von Holzpellets – ENplus-konforme Lagersysteme“. Deutsches Pelletinstitut, Berlin. www.depi.de

DEPI-Flyer „ENplus – das Qualitätssiegel für Holzpellets sichert einen reibungslosen Heizungsbetrieb”, Information für Endverbraucher. Deutsches Pelletinstitut, Berlin. www.enplus-pellets.de

Planerhandbuch „Unterirdische Lagersysteme für Biomasse, Pellets und Wärme“. Mall GmbH, Donaueschingen. www.mall.info

Autor

Dipl.-Ing. Klaus W. König

lebt in Überlingen am Bodensee, war 2 Jahre als Architekt selbstständig und ist heute Fachjournalist und Buchautor, speziell zur wasserorientierten Stadtplanung und zur energiesparenden Bautechnik.

www.klauswkoenig.de

Bild: König