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Die
Erfindung betrifft einen Holzofen zur Verbrennung von stückigem Holz.
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Öfen zur
Verbrennung von stückigem
Holz sind seit langem bekannt und im Schrifttum in unterschiedlichsten
Ausführungen
beschrieben. So ist unter der Marktbezeichnung „Bullerjahn" ein Warmluftofen
zur Verbrennung von Holz bekannt, bei dem gebogene rohrförmige Segmente
einen Feuerraum umschließen.
Im Feuerraum ist eine zur Auflage von Holzstücken als Brennstoff bestimmte
Platte angeordnet. Eine Primärluftzuführung der
Verbrennungsluft erfolgt durch eine im Querschnitt veränderbare Öffnung in
der Frontseite des Ofens. Eine Sekundärluftzuführung kann über eine seitlich angeordnete Einlassdüse bewirkt
werden.
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In
der
EP 0 249 602 B1 wird
ein Kamineinsatz beschrieben, der als ein für Gas undurchlässiger Teller
ausgeführt
ist, der über
einer im Boden befindlichen Luftzufuhr so angeordnet ist, dass sich
um den Rand des Tellers ein Schlitz bildet, durch den die Verbrennungsluft
seitlich über
den Tellerrand über
dessen gesamten Umfang zum auf dem Teller aufgeschichteten Brennstoff
Holz strömt.
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Aus
der
DE 200 11 685
U1 ist ein Kamineinsatz für häusliche Feuerstätten bekannt,
der zur Sekundärluftzuführung gelochte
im Randbereich des Feuerraumbodens einsteckbare, für Reinigungszwecke
aushebbare Rohre aufweist. Bevorzugt sind diese gelochten Rohre
in senkrechten Halbkanälen
der Feuerraum-Wandauskleidung angeordnet. In der
DE 88 09 086 U1 ist eine
Luftführeinrichtung
an einem Heizkamin beschrieben, die am vorderen Abschluss der Herdfläche schräg zur Feuerstelle
weisende Luftschlitze für
die Primärluftzufuhr
und in der Rückwand verteilt
angeordnete Öffnungen
für die
Sekundärluftzufuhr
aufweist. In der Beschreibung wird ausgeführt, dass bei Holzfeuerung
die Primärluft
als ein Luftschleier von der vorderen Herdfläche zur Feuerstelle strömt und die
Sekundärluft
als starker Luftstrom von der Rückseite
her. Luftklappen zur Steuerung der Luftmengen sind empfehlenswert.
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Aus
der
US 4,213,445 ist
schließlich
eine Feuerstätte
zur Holzverbrennung bekannt, bei der über einer im Boden befindlichen
Lufteinlassöffnung eine
zur Aufnahme des Brennholzes ausgeführte Platte so angeordnet ist,
dass in Wirkverbindung mit einer seitlich angeordneten Luftleiteinrichtung
die Verbrennungsluft seitlich zum auf der Platte aufgeschichteten
Brennholz geleitet wird.
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Es
wurde festgestellt, dass mit keiner der aus dem Stand der Technik
bekannten Einrichtungen zur Holzverbrennung mit dem Ziel der Heizung
eines Raumes eine derart effektive Verbrennung von stückigem Holz
erreicht wird, dass die Vorgaben der DIN
EN 13240 für Raumheizer für feste
Brennstoffe erfüllt werden.
Sowohl der erreichte thermische Wirkungsgrad als auch der CO-Gehalt
des Abgases liegen deutlich außerhalb
der vorgegebenen Werte.
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Ziel
der Erfindung ist daher ein Holzofen zur Verbrennung von stückigem Holz,
der die Vorgaben der DIN
EN 13240 für Raumheizer
für feste
Brennstoffe erfüllt,
d.h. insbesondere, dass bei einem geringen CO-Gehalt des Abgases
ein hoher thermischer Wirkungsgrad der Verbrennung erreicht wird.
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Dieses
Ziel wird erfindungsgemäß mit einem den
Merkmalen des 1. Patentanspruchs entsprechenden Holzofen erreicht.
Die Ansprüche
2 bis 10 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Holzofens.
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Ein
erfindungsgemäßer Holzofen
weist eine im unteren Bereich eines Feuerraumes angeordnete gasundurchlässige Brennstoffauflageplatte
auf, an der mindestens an einer Seite eine schräg nach oben, d.h. zur Seitenwand
des Feuerraumes geneigte Leitplatte angeordnet ist. Die Primärluftzufuhr
erfolgt durch einen oberhalb bzw. im oberen Bereich der Leitplatte
angeordneten Primärluftkanal,
der entlang der Leitplatte verläuft
und über
seine Länge
verteilt und in Richtung der Brennstoffauflageplatte weisende Luftaustrittsöffnungen
besitzt. Die Lufteintrittsöffnung
des Primärluftkanals
liegt außerhalb
des Holzofens, d.h. sie ist mit dem Außenraum verbunden. Den Feuerraum überspannend
ist im oberen Bereich des Feuerraumes, jedoch unterhalb der Abgasaustrittsöffnung, über die
der Holzofen an einen Schornstein angeschlossen ist, ein Feuerschirm
angebracht. Der Feuerschirm ist dabei so angeordnet, dass er die
bei der Verbrennung entstehenden Flammen abschirmt und bevorzugt
im Seitenbereich mindestens eine Öffnung verbleibt, durch die
die Verbrennungsgase aus dem Feuerraum austreten und zum Abgasaustritt
gelangen. In dem Bereich der Öffnung,
durch die die Verbrennungsgase aus dem Feuerraum austreten, wird über eine
Sekundärluftzufuhr räumlich verteilt
Sekundärluft
zugeführt,
so dass eine zügige
Vermischung von Sekundärluft
und Verbrennungsgasen erfolgt.
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Zum
Betrieb des Holzofens wird stückiges Holz
in den Feuerraum eingegeben. Die Holzstücken liegen locker übereinander
auf der Brennstoffauflageplatte, wobei durch die mindestens an einer
Seite der Brennstoffauflageplatte angeordnete Seitenwand die unmittelbare
Auflagefläche
auf der Brennstoffauflageplatte eingeschränkt ist, d.h. der Holzhaufen
sich zunächst
nach oben erweitert. Die Befüllung
des Holzofens mit Brennholz sollte nicht wesentlich über den
oberhalb der Seitenwand angeordneten Primärluftkanal erfolgen. Zum Abbrand
des Brennholzes im Ofenbetrieb erfolgt die Zuführung der Primärluft ausschließlich über den
Primärluftkanal,
wobei natürlich für das Entfachen
des Feuers und einen kurzen Anheizvorgang eine Zusatzluftzuführung über eine
Anheizklappe erfolgen kann. Die Primärluft wird beim Betrieb des
Ofens durch den Verbrennungsvorgang aus dem Außenraum durch den Primärluftkanal
in den Feuerraum gesaugt. Sie strömt dabei aus den Luftaustrittsöffnungen
des Primärluftkanals
entlang der gesamten Länge
der Leitplatte zur Brandstelle und wird so über die gesamte Länge der
Brandstelle verteilt in deren Fußbereich geleitet, wodurch
ein gleichmäßiger Abbrand
des eingefüllten
Brennholzes beginnend von den auf der Bodenplatte aufliegenden Holzstücken bewirkt
wird. Insbesondere wird durch die gleichmäßig verteilte Einleitung der
Primärluft
in den Fußbereich
der Brandstelle verhindert, dass im Feuerraum Bereiche verbleiben,
die nur unzureichend mit Primärluft
versorgt werden und dadurch eine unvollständige Verbrennung erfolgt.
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Die
noch heißen
Verbrennungsgase strömen geführt durch
den Feuerschirm durch die vorgesehene Öffnung und werden hier mit
Sekundärluft
vermischt, wodurch eine Nachverbrennung von in den Verbrennungsgasen
enthaltenem CO bewirkt wird. Die Zuführung der Sekundärluft erfolgt über Sekundärluftkanäle, die
eine in den Außenraum
führende Lufteintrittsöffnung und
eine Vielzahl um die Öffnung für den Durchtritt
der Verbrennungsgase verteilt angeordnete Luftaustrittsöffnungen
besitzen. Durch die verteilte Anordnung der Luftaustrittsöffnung wird
eine intensive Vermischung der Verbrennungsgase mit der Sekundärluft und
damit eine nahezu vollständige Nachverbrennung
bewirkt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung des Holzofens sind zwei schräg nach oben
in Richtung Seitenwände
des Feuerraums geneigte Leitplatten links und rechts im Feuerraum
und an den oberen Kanten der Leitplatten zwei Primärluftkanäle vorgesehen,
die für
Reinigungszwecke einfach ein- bzw. aushängbar ausgeführt sein
sollten. Jeder Primärluftkanal
besitzt eine in den Außenraum
weisende Lufteintrittsöffnung.
Diese sind bevorzugt in der Frontseite des Holzofens angeordnet
und verfügen über eine Drosseleinrichtung,
mit der die Primärluftzufuhr
und darüber
die Abbrandgeschwindigkeit gesteuert werden kann.
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Eine
günstige
Gestaltung der Sekundärluftzufuhr
besteht in zwei den Feuerraum links und rechts beabstandet zu den
Seitenwänden
des Feuerraums durchspannenden Sekundärluftkanälen mit entlang ihrer Länge verteilten,
zu den Seitenwänden gerichteten
Luftaustrittsöffnungen
und in der Rückwand
des Holzofens befindlichen Lufteintrittsöffnungen. Die Sekundärluftkanäle fungieren
bei dieser Gestaltung als Auflagen für den Feuerschirm. Dieser wird
auf den Sekundärluftkanälen so zur
Auflage gebracht, dass erden Feuerraum in Längsrichtung vollständig unterhalb
der Abgasaustrittsöffnung
durchspannt und zwischen den Seitenkanten des Feuerschirms und den
Seitenwänden
des Feuerraums zwei Öffnungen
für den
Durchtritt der Verbrennungsgase verbleiben. Für eine leichte Demontage des Feuerschirms,
beispielsweise für
Reinigungszwecke, kann dieser mehrteilig ausgeführt sein. Ebenso sollten die
Halterungen für
die Sekundärluftkanäle ein einfaches
Ein- bzw. Aushängen
dieser ermöglichen.
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Die
Lufteintrittsöffnung
jedes Sekundärluftkanals
mündet
zwechmäßigerweise
in einem oder mehreren an der Rückseite
des Holzofens angeordneten, im Wesentlichen senkrecht gerichteten
Sekundärluftschächten, deren
Lufteintrittsöffnung
sich im unteren Bereich des Holzofens befindet. Es wird so eine
Vorwärmung
der Sekundärluft
bewirkt und befördert
durch den beim Betrieb des Holzofens in den Sekundärluftschächten wirkenden
Kamineffekt eine effektive Sekundärluftzufuhr infolge der Sogwirkung
der an den Luftaustrittsöffnungen
der Sekundärluftkanäle vorbeiströmenden Verbrennungsgase erreicht,
ohne dass es einer Zwangszuführung
von Sekundärluft,
beispielsweise über
Ventilatoren bedarf.
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Ein
erfindungsgemäßer Holzofen
zeichnet sich durch einen einfachen, leicht zu wartenden Aufbau
aus. Er ermöglicht
in unterschiedlichen Leistungsklassen eine effektive, gesteuerte
Verbrennung von stückigem
Holz mit hohem thermischen Wirkungsgrad und geringem CO-Gehalt im
Abgas.
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Insbesodere
für höhere Leistungsklassen kann
beispielsweise im hinteren Bereich des Holzofens in an sich bekannter
Weise eine mit Schikanen versehene Führung der Verbrennungsgase
vorgesehen sein. Zum einen kann so eine Senkung der Abgastemperatur
und damit eine weitere Erhöhung
des thermischen Wirkungsgrades erreicht werden, zum anderen kann
auch eine weitere Sekundärluftzufuhrvorgesehen
sein, um so eine weitere Nachverbrennung ggf. noch vorhandenen CO
zu bewirken. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
in Weiterbildung der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung mit
an zwei Seiten schräg
nach oben geneigten Leitplatten links und rechts im Feuerraum und
an den oberen Kanten der Leitplatten vorgesehenen zwei Primärluftkanälen diese
drei- oder vierseitig auszuführen.
Ebenso ist bei besonders großen
Holzöfen auch
eine mittige Anordnung eines oder zweier schräg nach oben geneigter Leitbleche
mit oberhalb angeordnetem Primärluftkanal
denkbar.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele weiter erläutert werden.
Die zugehörigen
Zeichnungen zeigen in
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1:
die Prinzipdarstellung des Querschnittes eines Holzofens, in
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2:
die Prinzipdarstellung des Längsschnittes
des Holzofens mit einer Nennwärmeleistung
von 18 kW, in
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3:
die Prinzipdarstellung der Rückansicht
des Holzofens, in
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4:
die Prinzipdarstellung des Querschnittes eines Holzofens mit Kenntlichmachung
der Wege von Primärluft,
Verbrennungsgas, Sekundärluft
und Abgas und in
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5:
die Prinzipdarstellung des Längsschnittes
eines Holzofens mit einer Nennwärmeleistung
von 30 kW.
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Der
durch die 1 bis 3 veranschaulichte
Holzofen 1 besteht aus abgewinkelten Rohrsegmenten 2,
die einen Feuerraum 3 umschließen. Der Feuerraum 3 ist
nach unten durch ein Bodenblech 4 abgeschlossen. Direkt über dem
Bodenblech 4 ist eine gasundurchlässige Brennstoffauflageplatte 5 angebracht,
an deren linker und rechter Seite sich schräg nach oben geneigte Leitplatten 6 anschließen, deren
obere Seiten direkt an den zugehörigen Seitenwänden des
Feuerraumes 3 anliegen. Brennstoffplatte 5 und
Leitplatten 6 durchspannen den Feuerraum 3 in
Längsrichtung
vollständig. Über den
oberen Kanten der Leitplatten 6 sind je ein rohrförmiger Prmärluftkanal 7 angeordnet.
In jeden Primärluftkanal 7 sind über dessen
Länge verteilt,
in Richtung Brennstoffauflageplatte weisend, Luftaustrittsöffnungen 8 eingebracht.
Die Primärluftkanäle 7 sind
durch die Vorderwand 9 des Holzofens 1 nach außen geführt. Sie
weisen eine als Klappe ausgeführte
Drosseleinrichtung 10 zur Steuerung des Primärluftstromes
auf. Im oberen Bereich des Feuerraumes 3, unterhalb des
Abgasaustrittes 11, ist ein Feuerschirm 12 angeordnet.
Dieser liegt auf zwei den Feuerraum 3 in Längsrichtung
durchspannenden Sekundärluftkanälen 13 auf.
Die Sekundärluftkanäle 13 sind
in einem solchen Abstand zu den Seitenwänden des Feuerraumes 3 angeordnet,
dass in Wirkverbindung mit dem Feuerschirm 12 zwischen
den Sekundärluftkanälen 13 und
den Seitenwänden
des Feuerraumes 3 zwei sich über die gesamte Länge des
Feuerraumes 3 erstreckende Durchtrittsöffnungen 14 gebildet
werden, deren Gesamtquerschnittsfläche ca. der Querschnittsfläche der
Abgasaustrittsöffnung
(11) entspricht. In jeden der Sekundärluftkanäle 13 sind über dessen
Länge verteilt
und in Richtung jeweiliger Seitenwand des Feuerraumes 3 weisend
Luftaustrittsöffnungen 15 eingebracht.
Die Sekundärluftkanäle 13 sind
durch die Rückwand
des Holzofens 1 nach außen geführt. Ihre Lufteintrittsöffnung befindet
sich hier in je einem zugehörigen
senkrecht verlaufenden Sekundärluftschacht 16.
Die Lufteintrittsöffnung 17 jedes
Sekundärluftschachtes 16 befindet
sich an dessen unterem Ende. Alle genannten Elemente des Holzofens 1 sind
aus Kesselstahl gefertigt.
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Ein
Holzofen für
eine Nennwärmeleistung von
15 kW ist zur Aufnahme von ca. 4 kg getrocknetem stückigem Holz
bestimmt. Die Brennstoffauflageulatte 5 weist eine Größe von ca.
100 cm2 auf. Die maximale Lufteintrittsfläche jedes
Primärluftkanals 7 beträgt ca. 23
cm2. In jedem Primärluftkanal sind 24 gleich große Luftaustrittsöffnungen 8 mit
einer Querschnittsfläche
von je 0,8 cm2 eingebracht.
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Die
Lufteintrittsfläche
jedes Sekundärluftkanals 13 beträgt 4,5 cm2. Erweist 16 gleich große Luftaustrittsöffnungen 15 mit
einer Querschnittsfläche
von je 0,2 cm2 auf.
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Zum
Betrieb des Holzofens wird die vorbestimmte Menge stückigen Brennholzes
in den Holzofen eingebracht und das Feuer entfacht. Nach einer kurzen
Anheizphase, werden eventuell geöffnete
Zulufteinlässe
geschlossen. Während
des normalen Betriebes wird die Primärluft infolge des Verbrennungsvorgangs
durch die Primärluftkanäle 7 in den Feuerraum 3 gesaugt.
Sie tritt, wie 4 veranschaulicht, aus den Luftaustrittsöffnungen 8 aus
und strömt
entlang der Leitplatten 6 in den Fußbereich der Brandstelle. Es
erfolgt eine räumlich
verteilte, gleichmäßige Zufuhr
der Primärluft
zur Brandstelle wodurch ein gleichmäßiger Abbrand des eingebrachten
Brennholzes bewirkt wird. Im Feuerraum 3 verbleiben keine
Bereiche, bei denen infolge einer unzureichenden Versorgung der
Brandstelle mit Primärluft eine
unvollständige
Verbrennung erfolgt. Die Verbrennungsgase werden, wie ebenfalls
in 4 veranschaulicht, entlang des Feuerschirms 12 zu
den seitlichen Durchtrittsöffnungen 14 geleitet.
Sie strömen
durch diese Durchtrittsöffnungen 14 und
saugen dabei Sekundärluft
durch die Luftaustrittsöffnungen 15 der
Sekundärluftkanäle 13 an.
Die angesaugte Sekundärluft
vermischt sich durch die räumlich
verteilte Anordnung der Luftaustrittsöffnungen 15 entlang
der gesamten Länge
der Durchtrittsöffnung 14 sehr
intensiv und gleichmäßig mit
den Verbrennungsgasen und bewirkt so eine nahezu vollständige Nachverbrennung
des im Verbrennungsgas noch enthaltenen CO. Das Einströmen einer
für die
Nachverbrennung ausreichenden Menge an Sekundärluft durch die Luftaustrittsöffnungen 15 in
die Verbrennungsgase wird durch die Anordnung der Sekundärluftschächte 16 an
der Rückwand
des Holzofens 1 wesentlich unterstützt.
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5 veranschaulicht
prinzipiell die Anordnung einer zusätzlichen Verbrennungs- bzw.
Abgasführung
an einem erfindungsgemäßen Holzofen.
Der Strömungsweg
des Verbrennungs- bzw. Abgas wird durch den Einbau einer Schikane 18 im
Holzofen erheblich verlängert,
wodurch einerseits dem Verbrennungs- bzw. Abgas zusätzlich Wärme entzogen
wird, andererseits auch die Zumischung von Sekundärluft verbessert
und eine intensivere Nachverbrennung bewirkt wird. Entsprechende
Anordnungen sind insbesondere für
Holzöfen
größerer Nennwärmeleistung
(30 kW) zweckmäßig. Sie
können
aber auch bei kleineren Holzöfen
mit Vorteil angewendet werden.