Ökologisch und effizient
Hackschnitzelheizung in Schule
Emissionen auf unter 50 % der Grenzwerte
Pufferspeicher und Steuerung optimiert
Quelle: Schule Schachen
Quelle: Schule Schachen
Quelle: Lopper Kesselbau
Quelle: Schule Schachen
Quelle: Schule Schachen
Nachhaltiges und CO2-neutrales Heizen ist ein Hauptanliegen der modernen Gebäudetechnik, die entsprechenden Techniken werden aber von privaten Bauherrn noch vielfach kritisch betrachtet. Kommunale Einrichtungen können hier mit gutem Beispiel vorangehen, so wie die Schule Schachen in Winterthur. Der Gebäudekomplex wird bereits seit 2007 mit Hackschnitzeln aus dem städtischen Wald beheizt. Inzwischen wurde die Anlage um einen größeren Pufferspeicher, eine moderne Steuerung und eine automatisierte Wärmetauscherreinigung mit nachgeschalteter Abgasnachverbrennung ergänzt. Damit konnten nicht nur das Anfahrintervall des Kessels verlängert und der Betriebsaufwand reduziert werden, gleichzeitig wurden die Emissionen mehr als halbiert. Bei der jüngsten Messung im Januar betrugen sie nur ein Viertel bis die Hälfte der in der Luftreinhalte-Verordnung (LRV) vorgeschriebenen Grenzwerte.
Zwölf Schulzimmer für Kinder der 1. bis 6. Klasse umfasst das Primarschulhaus Schachen, hinzu kommen eine Turnhalle und ein Singsaal mit den entsprechenden Nebenräumen sowie eine Hauswartwohnung. Daran angeschlossen sind ein Leichtbau-Pavillon mit fünf Zimmern und einer Küche sowie die Räume einer Tagesbetreuung. Bis 2007 wurden die Gebäude noch herkömmlich mit Öl beheizt. „Im Rahmen eines Umbaus mit einer Teildämmung der Fassade und der Erneuerung der Fenster, Türen und Rafflamellen, kam die Idee auf, auf Hackschnitzel umzustellen“, berichtet Ruedi König, Hauswart der Schule. „Und da es für eine solche CO2-neutrale Heizung Fördergelder gab, ließ sich diese Idee auch realisieren.“
Mehrstufige Brennstoffverwertung
Installiert wurde ein „Turner“-Heizkessel von der auf Holzheizungen spezialisierten Lopper Kesselbau GmbH, der sich durch seinen Rollrost auszeichnet: Eine massive Edelstahlwelle lässt den gesamten, walzenförmigen Rost langsam rotieren. Verschmutzungen im Brennmaterial, wie Steine oder größere Anhäufungen von Nadeln und Rinde, werden so abgeführt, bevor sie im Glutstock Schlacke bilden können. Die Unterteilung in mehrere, segmentierte Stahlgussscheiben stellt dabei sicher, dass das Material auch bei großer Hitze nicht zerreißt. Gleichzeitig lassen die Spalte zwischen den Scheiben Primärluft in die Glut strömen, was die Verbrennung verbessert.
Um die Hackschnitzel, die die Schule aus dem Wald der Stadtverwaltung Winterthur bezieht, möglichst vollständig energetisch zu verwarten, nutzt dieses Kesselsystem das mehrstufige Prinzip der sogenannten Holzvergasung. Dabei wird der Brennstoff zunächst im eigens gedämmten Füllschacht bei bis zu 200 °C getrocknet. Auf diese Weise können auch Hackschnitzel mit einem hohen Feuchtigkeitsanteil von bis zu 50 % problemlos verwendet werden. Im nächsten Schritt wird das Holz bei über 200 °C in seine chemischen Bestandteile zerlegt, die währenddessen zu oxidieren beginnen und erste Wärme freisetzen. Die entstandene Holzkohle verbrennt schließlich bei 900 bis 1000 °C.
Gleichzeitig werden auch die Schwelgase aus der Vorvergasung in eine spezielle Zyklonbrennkammer geleitet. Unter Zugabe von Sekundärluft werden sie hier nochmals entzündet, um auch die letzten Energiereserven zu nutzen. Der Wirkungsgrad der Anlage liegt dadurch bei 91,6 bis 93,8 %. Die Nachverbrennung sorgt darüber hinaus für niedrige Abgaswerte, da zum einen der Feinstaub großenteils mit verbrennt und zum anderen durch eine konstant hohe Temperatur im Zyklon die Bildung von Stickstoff weitgehend vermieden sowie der Kohlenmonoxidanteil niedrig gehalten wird.
Umbau reduziert Feinstaubemissionen
Allerdings startete die Heizanlage der Schule in ihrer ursprünglichen Konfiguration je nach Wärmebedarf drei bis sechs Mal pro Tag, wodurch sich die Rauchgas- und Feinstaubemissionen summierten – zum Leidwesen der Nachbarn. Die Stadt entschied sich daher zu einem Umbau des Systems. Dabei wurde der Wasserspeicher um das Sechsfache auf 12 m³ vergrößert und die Heizung mit einer Wärmeerzeugungs- und Verbrauchssteuerung versehen, die sich am konkreten Bedarf orientiert, wodurch sie jetzt nur noch einmal alle 24 Stunden angefahren werden muss. Zusätzlich installierte Lopper Kesselbau (www.lopper-holzfeuerung.de) eine automatisierte Reinigungsfunktion für die Abgaswärmetauscher, in denen sich sonst leicht Russ ablagerte. Die Turbulatoren in den Tauschern, die für Verwirbelungen in den Gasströmen und damit für eine bessere Wärmeübertragung sorgen, bewegen sich dazu exzentrisch auf und nieder und schütteln Verschmutzungen ab. In einem zwischen Kessel und Schornstein geschalteten Abgaszyklon werden die Russpartikel dann abgeschieden. „Mit diesen Umbauten läuft die Anlage jetzt sehr professionell“, so König.
Den Effekt der Maßnahmen bestätigte unlängst auch die jüngste der Emissionsmessungen, die vom Kanton Zürich für Heizungen über 70 kW alle zwei Jahre vorgeschrieben sind. Bei Hackschnitzeln mit einem Wassergehalt von ca. 30 % lag der höchste Halbstundenmittelwert für CO bei 234 ± 24 mg/m³ und damit bei rund der Hälfte der LRV-Vorgabe von 500 mg/m³. Die höchste Feinstaubkonzentration betrug mit 12 ± 3 mg/m³ sogar nur etwa ein Viertel des Grenzwerts von 50 mg/m³.
Verlängerte Reinigungsintervalle
Für den Hauswart haben die Veränderungen an der Heizung zudem auch einen ganz praktischen Nutzen: Zuvor war ab Außenlufttemperaturen von unter 3 °C einmal pro Woche eine gründliche Säuberung des Systems nötig. Dazu musste die Anlage abends abgeschaltet und am nächsten Morgen nach 1,5 Stunden Reinigung wieder gestartet werden. „Inzwischen fällt diese Arbeit nur noch einmal im Monat an“, berichtet König. Bei Außentemperaturen über 5 °C verlängert sich das Reinigungsintervall sogar auf zwei Monate.
„Die Hackschnitzelheizung ist zwar etwas wartungsintensiver als eine Ölheizung und mit unseren Umbauten setzt die Anlage auch ein gewisses technisches Verständnis voraus, aber dafür hat man eine CO2-neutrale Heizlösung, die auf einer nachhaltigen Ressource basiert“, so der Hauswart. Die frühere, ölbetriebene Anlage kommt nur noch während der Reinigungsarbeiten oder bei eventuellen Störungen zum Einsatz und schaltet sich in diesen Fällen automatisch ein. Insgesamt versorgt der „Turner“-Kessel in der Schule Schachen eine Energiebezugsfläche (EBF) von 3349 m². Pro Heizperiode werden dafür 280 bis 300 m³ Hackschnitzel verfeuert.
