Grundofen - Specksteinofen

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
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Grundofen
Specksteinofen
Betrieb-Grundofen
Injektor
Holzernte
1. BImSchV
Rost-Glut-Feuerung
Baumwolle
Wärmerückführung
Absorber
Prinzip eines Grundofens
Grundofen 
Das Prinzip eines Hypokaustenheizung kommt aus der Römerzeit. Aber zu Beginn des Mittelalters setzte sich in Mitteleuropa dieses Prinzip in Form eines Grundofens durch. Mit diesen Öfen ist es möglich, mehrere Räume zu beheizen und gleichzeitig die Strahlungswärme im Aufstellungsraum zu nutzen.
Die heutigen Grundöfen arbeiten hauptsächlich mit Strahlungswärme, weil auf Lüftungschächte verzichtet wird. Jeder Ofen ist ein Einzelstück (Unikat), weil er von einem Ofensetzer (Kachelofen- und Luftheizungsbauer/-in) vor Ort hergestellt wird.
Das Feuer wird auf dem Grund des Ofens entzündet. Dieser Ofen hat kein Ascherost bzw. Aschekasten. Die Wärmeabgabe erfolgt zu 85 % durch Strahlung und nur zu 15 % durch Konvektion an der Ofenwand. Da der Ofen eine großen Speichermasse hat, dauert es eine länger Zeit bis der Ofen Warme abgibt. Eine relativ große Brennstoffmenge wird in kurzer Zeit mit hohem Luftüberschuss sehr schadstoffarm verbrannt. Die freigesetzte Energie wird in der Ofenmasse gespeichert und langsam an den Raum abgegeben.
Die feuer- und rauchgasberührten Flächen bestehen aus Schamottesteinen, weil bei der Verbrennung hohen Temperaturen auftreten. Das Speichermaterial kann aus Back-, Speck-, Beton- und Ziegelsteinen bestehen. Die Speichermasse wird der Leistung der Befeuerung angepasst und ist zur Raumseite möglichst groß. Die Ofenaußenfläche kann verputzt oder gekachelt werden.
Ein Lehmofen wird aus Schamottsteinen und weich gebrannten Mauersteinen gemauert und anschließend mit Lehm verputzt. Vom Feuerraum des Ofens gehen lange keramische Züge (3,00 bis 15 Meter!) zum Schornstein, wobei die Wärme der Rauchgase im Zug an die Steine des Feuerraums und der Züge abgegeben wird. Diese können sie dann über Stunden über ihre Oberfläche gleichmäßig an den Raum abgeben.
Vorteile des Grundofens:
  •  kein Ascherost, kein Aschekasten
  •  Verbrennungstemperaturen bis 1100 °C
  •  fast vollkommene Verbrennung, geringer Ascheanfall
  •  Reine Strahlungswärme, die Raumluft bleibt unbelastet
  •  die Luftfeuchtigkeit im Raum wird kaum verändert
  •  nur zwei bis drei Reinigungen im Jahr
  •  einmalige Feuerung in 24 Stunden
  •  ca. nur drei bis vier Raummeter Holzverbrauch pro Heizperiode
  •  sparsame, umweltfreundliche und komfortable Befeuerung
  •  individuelle Planung für jedes Haus (Unikat !)
Nachteile des Grundofens:
  •  nicht- bzw. schlechtregelbare Wärmeabgabe
  •  Aufstellung in größeren Räumen
  •  die Wärmestrahlung darf nicht behindert werden
  •  nur Holzfeuerung möglich
  •  fachgerechte Planung und Montage notwendig
Betrieb eines Grundofens
Ein Grundofen darf erst in Betrieb genommen werden, wenn er nach der Erstellung trocken ist. Der Ofen muss vor dem ersten Anfeuern ca. vier Wochen mit offener Türe gut durchlüftet werden.
Die erzeugte Wärmemenge wird in der Ofenmasse gespeichert und dann langsam über die Oberfläche des Ofens durch Wärmestrahlung abgegeben. Die Wärmeabgabe kann bei einmaliger Aufheizung bis zu 24 Stunden betragen. Der Grundofen ist auf Grund seiner Speichermasse ein träge reagierendes Heizsystem und dadurch weniger geeignet, einen kalten Raum schnell  aufzuheizen. Deshalb sollte der Ofenwährend der Heizperiode, regelmäßig zu nutzen. Dann ist der Ofen immer warm sein, was auch der Trägheit und der Lebensdauer entgegenkommt.
Bei der ersten Inbetriebnahme muss Ofen langsam aufgeheizt werden. Dabei wird in den ersten Tagen der Ofen nur mit wenig Brennmaterial leicht geheizt und in dieser Zeit darf die Verbrennungsluftklappe der Ofentür nicht geschlossen werden, bis nach ca. einer Woche des Trockenheizens der Ofen richtig trocken ist.

Da der Grundofen kein Dauerbrandofen ist, darf er nur maximal morgens und abends mit naturbelassenem, trockenem Scheitholz aufgeheizt werden und ist rund um die Uhr warm. Der Ofen hat keine automatische Befeuerung. Deshalb muss die richtige Brennholzmenge nach der Heizleistung des Ofens und den Witterungsverhältnissen angepasst werden. Dabei reicht in den Übergangszeiten eine einmalige Beheizung pro Tag. Die richtige Brennstoffmenge ergibt sich aus der Ofenberechnung, wobei für einen sauberen Abbrand mindestens 50 % der zulässige Holzmenge verbrannt werden muss.
Das Brennholz muss weniger als 20 % Restfeuchte haben.  Feuchtes Holz kann den Ofen zerstören und zum völligen Verschluss des Rauchgaszuges durch Rußablagerungen (Glanzruß) und einer Verpuffung führen. Die schlimmsten Folgen können eine Versottung des Schornsteins und ein Schornsteinbrand sein.
Das Holz verbrennt in kurzer Zeit (ca. eine Stunde.) und entwickelt dabei dann eine sehr große Leistung, die über die heißen Rauchgasen entzogen und in der großen Masse des Ofens gespeichert wird. Die Luftzufuhr darf den Verbrennungsvorgang nicht drosseln, damit keine Schwelgase und Russablagerungen entstehen. Außerdem kann auf Grund von Schwelgasen durch eine plötzliche Sauerstoffzufuhr eine Explosion entstehen.
Schlussfolgerung  > Solange das Holz brennt bleibt die Luftzufuhr völlig geöffnet und wenn nur noch Glut und keine Flamme mehr zu sehen ist, wird die Luftzufuhr komplett geschlossen. Dadurch wird der Ofen nicht von innen auskühlt und er kann die gespeicherte Leistung in den Aufstellraum abgeben.
Bei der Verbrennung fällt nur sehr wenig Asche an (ca. 1,5% der eingesetzten Holzmenge) und diese sollte erst teilweise entnommen werden, wenn der Ascheraum zuviel Asche enthält. Holz verbrennt am besten auf einem Aschebett (Glutbett). Deshalb sollte immer einen Teil der Asche im Feuerraum bleiben.

Die erste innere Reinigung des Ofens sollte nach der ersten vollen Heizperiode durchgeführt werden. Dazu werden die Putzdeckel entfernt und die Züge mit einem Rohrbesen gekehrt. Danach wird mit einer Bürste oder einem speziellen Staubsauger die vorhandene Flugasche und Ruß entfernt. Anschließend werden die Putzdeckel wieder eingesetzt.
Je nach dem dabei festgestellten Anfall an Flugasche und Ruß in den Zügen kann der Reinigungsintervall nach ein oder zwei Heizperioden wiederholt werden.

Anheizen ohne Rauch
Bei einem Kaminofen muss in der Anheizphase ausreichend Verbrennungsluft vorhanden sein. Schon mit dem richtigen Anheizen werden die Weichen für eine emissionsarme rußfreie Verbrennung gestellt. Bei den Feuerstätten mit oberen Abbrand, also ohne Feuerungsrost (z. B. Grundofen), hat sich das Anheizen von oben bewährt. Nachdem der Holzaufbau brennt kann nachgelegt und die Verbrennungsluft einreguliert werden. Die Luftzufuhr ist richtig eingestellt, wenn das Innere des Ofens hell und ohne schwarze Rußablagerungen bleibt. Jede Bedienungsanleitung gibt das richtige Betreiben des jeweiligen Ofens vor, da es verschiedene Ofenarten gibt. Jeder Betreiber muss die richtige Betriebsweise für seinen Ofen selber finden.
 

Anheizen von unten
Anzündhölzer (trockene dünne Scheite aus Tannenholz) einlagig über den Bodenrost legen, dazwischen den Anzünder (wachsge tränkte Holzwolle, keine Grillanzünder) legen.
Eine weitere Schicht Anzündhölzer mit Abständen quer darüber legen.
Zwei bis drei nicht zu große Holzscheite mit der scharfen Spaltkante nach unten oder zur Seite nebeneinander auf den Anzündhölzern legen. Verbrennungsluftschieber öffnen. Diese Anheizmethode wird für Öfen mit Feuerungsrost (z. B. Specksteinofen) empfohlen.

  

Anheizen von oben
Holzscheite mit der scharfen Spaltkante nach oben oder zur Seite auf dem mit einer dünnen Ascheschicht bedeckten Feuerraumboden legen.
Die Anzündhölzer (trockene dünne Scheite aus Tannenholz) quer über die Scheite legen. Dazwischen, auf einem der Scheite, den Anzünder (wachsgetränkte Holzwolle, keine Grillanzünder) legen.
Weitere Anzündhölzer mit Abständen quer darüber legen. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sehr wenig unverbrannte Brenngase den Feuerraum verlassen. Sie dauert etwas länger als das Anheizen von unten.
Diese Methode wird auch für Öfen mit stehenden Scheite verwendet.

Grundofen mit Absorber
Auch ein Grundofen kann mit einem Absorber betrieben werden. Dieser wird aber nicht in den heißen Rauchgase angeordnet. Die Wärme bekommt er aus der Strahlungswärme des Ofens. Die Absorberfläche wird zwischen dem Ofenkern und der Ummauerung eingebaut. Dadurch hat der Absorber keinen direkten Kontakt mit den Rauchgasen und muss nicht gereinigt werden.
Der Wärmetauscher benötigt keine thermische Ablaufsicherung, da das Wasser auch bei Stromausfall nicht überhitzen kann. Wichtig ist bei diesem System eine richtige Einregulierung des Heizwasserstromes.
 
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Grundofenbau mit Absorber
Specksteinofen
Der Specksteinofen ist eine besondere Form eines Grundofens. Im Gegensatz zum Grundofen hat dieser Ofen die Verbrennungsluftzufuhr über einen Rost. Der Speckstein (z. B. Mammuttistein, Lavetzstein) hat eine stark schieferige Talkstruktur, die dem Stein eine hohe Temperaturbeständigkeit und ausgezeichnete Wärmeleiteigenschaften und kann dadurch große Energiemengen speichern. Die Steine für diese Öfen kommen zum größten Teil aus Finnland (Nunnanlahti).


Schnitt durch einen Specksteinofen
Feuerstelle im Specksteinofen

Temperaturen im Specksteinofen
Quelle: NunnaUuni Oy

Bei den Eigenschaften der Specksteinarten gibt es große Unterschiede, die sich auf die Lebensdauer und die Wärmeeigenschaften der Feuerstätten auswirken. Ein großer Teil der finnischen Specksteinvorkommen befindet sich im ostfinnischen Nunnanlahti. Die Ofenmeister von NunnaUuni wussten um die Unterschiede der Specksteinarten der Region und erwarben das Alleinrecht am Vorkommen mit dem besonders haltbaren und effektiv wärmespeichernden Mammutti-Speckstein.

Da der Speckstein feuerbeständig und hitzefest ist, wird dieser Ofen nur mit diesem Stein gebaut. Seine Wärmeleitfähigkeit ist 6 bis 7 mal besser, das spezifische Gewicht ist etwa doppelt so hoch und die spezifische Wärme ca. 15 % höher als die von Ofenziegelsteinen. Dadurch erreichen sie einen Wirkungsgrad bis zu 80 %. Specksteinöfen haben je nach Bauweise spezielle Abbrand-, Verbrennungsluft- und Rauchgasführungen.
Funktion
1. Unter der Holzschicht wird durch die kleinen Löcher im Rost die Primärluft zugeführt. Dadurch wird ein konstanter Holzabbrand durch das Vergasen des Holzes gewährleistet. Der Abbrand vergast das Holz gleichmäßig und verhindert eine übermäßige Gasbildung.
2. Die Sekundärluft kommt ebenfalls unter dem Rost in die Umgebung des Abbrands, wo sie stark vorerwärmt wird. Die vorerwärmte Luft verbindet sich über der Holzschicht mit den Holzgasen und erhöht die Verbrennungstemperatur der Gase auf einen gleichmäßig hohen Wert (800 - 1200 ºC). Die hohe und gleichmäßige Verbrennungstemperatur gewährleistet den hohen Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung und die Rauchgassauberkeit.
3. Die Primär- und die Sekundärluft kühlt die Rostbauteile ab.
Vorteile:

  •  Extrem niedriger Holzverbrauch
  •  Hohe Materialdichte mit sehr hoher Speicherfähigkeit
  •  Gleichmäßige Wärmeabgabe zwischen 12 und 36 Stunden
  •  Hoher Wirkungsgrad
  •  Langlebiges Material
  •  Viel Speicherwärme auf kleiner Fläche durch die hohe Masse
  •  Platzsparenden Bauweise
  •  Große Sichtfenster

Speckstein-Speicherofen

Speichernde Injektor-Feuerstätte
Quelle: NunnaUuni Oy

Injektor-Feuerstätten
In Wohnungen, in denen keine herkömmlichen Specksteinöfen wegen ihrer Größe, ihrem Gewicht und ihrer Wärmeleistung aufgestellt werden können, bietet sich Injektor-Feuerstätten an. Diese sind leichter, speichern sehr effektiv Wärme und erfordern keine massive Gründung.
Der Injektorspeicher der Feuerstätte überträgt die Abbrandwärme schnell in seine Specksteinelemente, wodurch die Wärmeausbeute steigt und die zum Schornstein strömenden Rauchgase auf einen unbedenklichen Wert abkühlen. Die absorbierte Wärme gibt der Injektorspeicher dann durch Abstrahlung konstant und langzeitig nach demselben Prinzip wie die größeren Speckstein-Feuerstätten ab.

Speichernde Injektor-Feuerstätte

Glutbettfeuerung
Quelle: Arnt Lülwes

Rost- und Glutbettfeuerung
Die meisten Kaminöfen und der Specksteinofen arbeiten mit einer Rostfeuerung. Hier wird die Verbrennungsluft von unten durch einen Rost mit großen oder kleinen Öffnungen dem Feuer zugeführt.
Der Nachteil ist, dass die Verbrennung abkühlt und die Asche nach unten in die Aschenlade fällt. Auf dem Rost sollte immer eine Ascheschicht liegen, denn diese schützt das Rostmaterial vor zu schnellem Verschleiß. Außerdem brennt das Feuer im Aschebett besser.
Bei der Glutbettfeuerung eines Grundofens brennt das Feuer in der Aschenglut, was zu einer gleichmäßigeren Verbrennung führt. Auch das Anzünden eines neuen Feuers wird durch die Restglut einfacher. Die Ascheschicht auf dem Feuerraumboden sollte ca. 3 bis 5 cm betragen.
Dauerbrand – Zeitbrand
Bei den Feuerstätten mit festen Brennstoffen unterscheidet man zwischen „Dauerbrand – Zeitbrand“.
Der Begriff „Dauerbrand“ hat nichts mit dem Begriff „Dauerbetrieb“ zu tun. Die DIN EN 13240 bzw. DIN EN 13229 beschreiben damit die Fähigkeit, den Abbrand mit einer einmaligen Beschickung und einmaliger, extrem gedrosselter (Luft-)Einstellung je nach Brennstoffart bis zu 12 Stunden ausdehnen zu können. Ein Holzvergaserkessel ist eine typische derartige Feuerstätte.
Ein Grund- oder Specksteinofen sind „Zeitbrandfeuerstätten“. Hier wird eine relativ große Brennstoffmenge in kurzer Zeit mit hohem Luftüberschuss sehr schadstoffarm verbrannt. Die freigesetzte Energie wird in der Ofenmasse gespeichert und langsam an den Raum abgegeben.
Auch sagt die Einteilung als Zeitbrand- oder Dauerbrand-Feuerstätte nichts über die mögliche tägliche Betriebsdauer aus. Dauerbrand- und Zeitbrandfeuerstätten können ohne zeitliche Einschränkung ununterbrochen betrieben werden, wenn der Hersteller keine Einschränkung in den technischen Unterlagen angegeben hat.
"Feuerstätten für den gelegentlichen Betrieb" (baurechtliche Einteilung), z. B. der offene Kamin, der nicht die Mindestanforderung im Bezug auf den Wirkungsgrad erfüllt, dürfen nach der Kleinfeuerungsanlagen-Verordnung nur "gelegentlich" betrieben werden. Nach einem Urteil des OVG Rheinland-Pfalz in Koblenz darf ein offener Kamin nicht mehr als an 8 Tagen im Monat für jeweils 5 Stunden betrieben werden. In dem Urteil wird auch von einem "Lustfeuer" gesprochen.
Deckenventilator - Wärmerückführungssysteme
Auf Grund der offenen Bauweise kann sich die warme Luft einer Ofenheizung in sehr hohen Räumen unter der Decke "aufhängen". Nicht nur bei einfachen Kamin- oder Warmluftöfen, sondern auch bei Grund- oder Specksteinöfen (Strahlungswärme) erwärmt sich die Raumluft. Eine evtl. vorhandene kontrollierte Wohnungslüftung (KWL) kann diese Wärme nicht nach unten abtransportiert werden.
Quelle: n o r d l u f t Wärme- und Lüftungstechnik GmbH & Co KG
Die gestaute warme Luft kann aufwendig durch eine lüftungstechnische Anlage zurück in das Gebäude transportiert werden. Aber aus Kostengründen kann der Einsatz von Deckenventilatoren sinnvoller sein.
Mit diesen Wärmerückführungssystem kann das Wärmepolster im Deckenbereich am effektivsten abtransportiert und über eine temperaturgesteuerte Drehzahlsteuerungen kommt die Wärme wieder in den Aufenthaltsbereich. Bei der Planung dieser Ventilatoren ist die Wurfweite (8 m bis 20 m) zu beachten. Die Luft muss zugfrei, aber gut durchmischt, in den Aufenthaltsraum gefördert werden.
Die Deckenventilatoren sorgen bis in die hintersten Winkel des Deckenbereiches für eine leichte Luftbewegung und unterdrücken die Kondensation von Feuchtigkeit. Dadurch wird eine Schimmel- und Rostbildung vermieden.
Wärmerückführung Energie - BSH Luft + Klima Geräte GmbH
Technische Regel zur Planung, Dimensionierung und Erstellung von
Warmluftöfen, Kachelöfen und Putzöfen
Zentralen Warmluftschwerkraftheizungen
Feuerstätten über zwei Geschosse
Flächenheizungen, Hypokausten
Grundöfen
offenen Kaminen, Heizkaminen Herden
Backöfen
ZVSHK – TR OL2006
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Die 3 Phasen der Holzverbrennung - Kamine und Öfen - Frank Hermann
Grundöfen - Ökoflamm - Wölfel
Speicheröfen - NunnaUuni Oy
Kachelofenbau - Fritz Kruckemeyer
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