Was eine Nachheizfläche mit den heißen Heizgasen macht
Nach dem Verbrennen des Holzes sind die Heizgase noch deutlich wärmer als die Raumluft. Würden sie unmittelbar durch ein kurzes Verbindungsstück in den Schornstein gelangen, würde ein entsprechender Teil dieser Energie zusammen mit dem Abgas abgeführt.
Eine Nachheizfläche verlängert den Wärmeübergang zwischen Feuerstätte und Abgasanlage. Die heißen Gase werden über wärmeaufnehmende Bauteile geführt. Dabei geben sie Energie ab und erreichen den Schornstein mit einer niedrigeren Temperatur.
Welche Wirkung dabei entsteht, hängt von der Konstruktion ab.
Bauweise |
Was mit der Wärme geschieht |
Charakter der Wärmeabgabe |
|---|---|---|
Metallische Nachheizfläche |
Heizgase erwärmen Metallflächen und die umgebende Luft |
vergleichsweise schnelle Wärmeabgabe |
Keramische Heizgaszüge |
Schamotte oder andere Speichermaterialien nehmen Energie auf |
verzögerte Wärmeabgabe über längere Zeit |
Speicherregister oder Speichermodule |
kompakte Speichermasse wird von heißen Gasen durchströmt |
Wärme wird zunächst gespeichert |
Wasserwärmetauscher |
Heizgasenergie erwärmt Heizungswasser |
Energie kann über Pufferspeicher und Heizsystem verteilt werden |
Keramische Züge kennt man vor allem aus Grund- und Kachelöfen. Dort werden die Heizgase durch Kanäle innerhalb einer größeren Speichermasse geführt. Diese nimmt während des Abbrands Energie auf und gibt sie anschließend nach und nach über die Ofenoberfläche ab.
Bei metallischen Lösungen steht eher die direkte Wärmeübertragung im Vordergrund. Wasserführende Systeme gehen noch einen Schritt weiter: Ein Teil der verfügbaren Energie landet nicht ausschließlich im Aufstellraum, sondern kann über einen Wärmetauscher in das Heizsystem gelangen.
Wann zusätzliche Wärmenutzung technisch sinnvoll sein kann
Entscheidend ist nicht allein, dass die Rauchgase heiß sind. Die Feuerstätte muss konstruktiv dafür vorgesehen oder entsprechend planbar sein.
Bei handwerklich errichteten Kachelöfen und Heizkaminen werden Nachheizflächen häufig bereits bei der Anlagenplanung berücksichtigt. Hersteller technischer Heizeinsätze geben dafür beispielsweise Werte zur Heizgastemperatur am Ausgang, zum Abgasmassenstrom und zum notwendigen Förderdruck an.
Aus diesen Angaben lässt sich bestimmen, welche Nachheizfläche technisch möglich ist.
Besonders interessant kann sie sein, wenn:
- der Heizeinsatz ausreichend hohe Heizgastemperaturen zur Verfügung stellt,
- ein größerer Anteil der erzeugten Energie gespeichert werden soll,
- die Wärme nicht ausschließlich während des Abbrands benötigt wird,
- eine wasserführende Einbindung geplant ist,
- der Schornstein trotz zusätzlicher Widerstände einen sicheren Abtransport der Abgase ermöglicht,
- Feuerstätte und Nachheizsystem konstruktiv miteinander abgestimmt sind.
Ein klassisches Beispiel ist ein Heizeinsatz innerhalb eines Kachelofens. Direkt nach dem Feuerraum können die Heizgase noch mehrere hundert Grad Celsius heiß sein. Durch eine fachgerecht dimensionierte keramische Nachheizfläche lässt sich ein erheblicher Teil dieser Energie an die Speichermasse übertragen, bevor die Gase zum Schornstein gelangen.
Das Ziel besteht dabei ausdrücklich nicht darin, die Abgastemperatur möglichst weit abzusenken. Sie muss am Ende weiterhin zu Feuerstätte und Schornstein passen.
Speicherwirkung statt möglichst hoher Raumtemperatur
Nachheizflächen können auch dabei helfen, die Wärmeabgabe zeitlich zu verschieben.
Ein stark beheizter Kamin oder Heizeinsatz kann während des Abbrands viel Wärme direkt in den Aufstellraum geben. In gut gedämmten Gebäuden ist das nicht immer erwünscht. Wird ein Teil der Energie dagegen in keramischer Masse gespeichert, verteilt sich die Wärmeabgabe über einen längeren Zeitraum.
Das kann insbesondere bei Anlagen interessant sein, die bewusst im Speicherbetrieb geplant werden.
Warum der Schornstein die Grenze vorgibt
Hier liegt einer der wichtigsten Punkte: Der Schornstein benötigt passende Abgasbedingungen, damit die Verbrennungsprodukte zuverlässig ins Freie gelangen.
Bei vielen Festbrennstofffeuerstätten entsteht der erforderliche Förderdruck durch den Temperaturunterschied zwischen den warmen Abgasen im Schornstein und der Außenluft. Werden den Heizgasen vorher immer größere Wärmemengen entzogen, sinkt ihre Temperatur.
Gleichzeitig verursacht jede Umlenkung, jeder längere Heizgasweg und jeder Wärmetauscher einen zusätzlichen Strömungswiderstand.
Eine zu große Nachheizfläche kann deshalb genau den gegenteiligen Effekt haben: Statt die Feuerstätte sinnvoll zu ergänzen, kann sie die Abgasführung verschlechtern.
Mögliche Folgen einer ungeeigneten Auslegung sind beispielsweise:
- schwacher Förderdruck,
- Schwierigkeiten beim Anheizen,
- Rauchgasaustritt beim Öffnen der Feuerraumtür,
- verstärkte Ablagerungen,
- ungünstiger Abbrand,
- zu niedrige Temperaturen in der Abgasanlage,
- Feuchteprobleme innerhalb eines dafür ungeeigneten Schornsteins.
Deshalb gehören Feuerstätte, Nachheizfläche und Schornstein technisch zusammen betrachtet.
Entscheidend ist die gesamte Abgasstrecke
Bei der Planung spielen unter anderem folgende Größen eine Rolle:
- Abgastemperatur beziehungsweise Heizgastemperatur: Wie heiß verlassen die Gase die Feuerstätte und welche Temperatur bleibt nach der Nachheizfläche?
- Abgasmassenstrom: Welche Gasmenge muss durch Nachheizfläche, Verbindungsstück und Schornstein transportiert werden?
- Notwendiger Förderdruck: Welchen Unterdruck benötigt die Feuerstätte für einen sicheren Betrieb?
- Widerstand der Heizgaswege: Länge, Querschnitt, Umlenkungen und Bauart beeinflussen die Strömung.
- Schornstein: Höhe, Querschnitt, Dämmung, Bauart und Temperaturverhalten bestimmen mit, wie viel Förderdruck tatsächlich zur Verfügung steht.
Eine längere Nachheizstrecke ist deshalb nicht automatisch die bessere Lösung. Die Wärmeentnahme endet dort, wo die sichere Funktion der Abgasanlage beeinträchtigt würde.
Keramisch, metallisch oder wassergeführt: Die Nutzung entscheidet
Welche Nachheizfläche sinnvoll ist, hängt wesentlich davon ab, was anschließend mit der gewonnenen Wärme passieren soll.
Keramische Züge für zeitversetzte Wärme
Keramische Heizgaszüge bestehen meist aus feuerfesten, wärmespeichernden Materialien. Die Heizgase durchströmen diese Kanäle und erwärmen die umgebende Masse.
Diese Bauweise eignet sich vor allem, wenn Wärme gespeichert und langsam über die Ofenoberfläche abgegeben werden soll. Sie ist eng mit dem traditionellen Kachel- und Grundofenbau verbunden.
Die Dimensionierung von Zuglänge und Querschnitt gehört dabei zur fachlichen Planung. Einfach mehrere zusätzliche Meter Heizgasweg einzubauen, wäre technisch keine brauchbare Vorgehensweise.
Metallische Flächen für schnellere Wärmeabgabe
Metall nimmt Wärme schnell auf und gibt sie ebenfalls relativ schnell wieder ab. Metallische Nachheizflächen können deshalb eingesetzt werden, wenn ein größerer Anteil der Heizgasenergie unmittelbar an Luft beziehungsweise an den Aufstellbereich übertragen werden soll.
Auch hier müssen zulässige Kombinationen und Herstellerwerte berücksichtigt werden.
Wasserwärmetauscher für die Heizungsanlage
Bei wasserführenden Systemen wird die Energie teilweise auf Heizungswasser übertragen. Dieses kann beispielsweise in einen Pufferspeicher geleitet und später über Heizkörper oder Flächenheizungen genutzt werden.
Die technische Einbindung ist deutlich umfangreicher als bei einer rein keramischen Speicherlösung. Neben der Abgasseite müssen Hydraulik, Pufferspeicher, Temperaturregelung und Sicherheitseinrichtungen berücksichtigt werden.
Ein Wasserwärmetauscher ist deshalb kein einfaches Zusatzteil für ein vorhandenes Ofenrohr, sondern Bestandteil eines abgestimmten Heizsystems.
Nachrüsten ist nicht dasselbe wie neu planen
Bei einem neu gebauten Kachelofen oder Heizkamin kann die Nachheizfläche von Anfang an in das Gesamtkonzept einbezogen werden. Bei einer bestehenden Feuerstätte ist die Situation schwieriger.
Vor einer Nachrüstung sollte zunächst geklärt werden:
- Ist der vorhandene Heizeinsatz für eine zusätzliche Nachheizfläche vorgesehen?
- Gibt es dafür Herstellerangaben oder zulässige Systemkomponenten?
- Welche Abgastemperatur steht am Ausgang tatsächlich zur Verfügung?
- Verfügt der vorhandene Schornstein über ausreichende Reserven?
- Wie verändert sich der notwendige Förderdruck?
- Ist genügend Platz für Reinigung und Wartung vorhanden?
- Handelt es sich durch den Umbau um eine wesentlich geänderte Feuerungsanlage?
Gerade der letzte Punkt sollte nicht erst nach dem Umbau geklärt werden. Neu errichtete oder wesentlich geänderte Feuerungsanlagen müssen vor der Inbetriebnahme entsprechend geprüft werden.
Auch vermeintlich einfache Abgaswärmetauscher im Rauchrohr sollten deshalb nicht allein nach dem Gedanken ausgewählt werden, möglichst viel Wärme aus dem Abgas herauszuholen. Das Verbindungsstück ist Teil der Abgasführung. Jede Änderung daran kann das Betriebsverhalten beeinflussen.
Eine vorherige Abstimmung mit Ofenfachbetrieb und bevollmächtigtem Bezirksschornsteinfeger erspart hier deutlich mehr Arbeit, als eine nachträgliche Korrektur einer ungeeigneten Konstruktion.
Wärme nutzen, ohne die Abgasführung auszubremsen
Nachheizflächen können die in heißen Heizgasen enthaltene Energie sinnvoll nutzen und je nach Bauart direkt abgeben, speichern oder in ein Heizsystem übertragen. Besonders bei handwerklich geplanten Kachelöfen und Heizkaminen sind sie ein wichtiger Bestandteil des Wärmekonzepts.
Ihre Größe lässt sich jedoch nicht nach dem Prinzip „mehr Fläche bringt mehr Nutzen“ bestimmen. Sinkende Abgastemperaturen und zusätzliche Strömungswiderstände setzen klare technische Grenzen. Deshalb werden Feuerstätte, Heizgaswege und Schornstein gemeinsam betrachtet. Bei bestehenden Anlagen kommt hinzu, dass nicht jede Feuerstätte für eine Nachrüstung vorgesehen ist. Gute Planung bedeutet hier vor allem, genügend Wärme zu entziehen, ohne die sichere Abgasführung zu beeinträchtigen.
