Aus dem Jahr 1973 stammt das Altenheim Steckborn, das in ruhiger Lage in der Nähe des Bodensees errichtet wurde. Im Jahr 2006 umgebaut und erweitert, bietet es heute Platz für 72 Bewohner, die zu einem Großteil pflegebedürftig sind. Im Zuge des Erweiterungsbaus musste auch das Heizkonzept neu erarbeitet werden. Die Bauherren entschieden sich für eine Festbrennstoffheizung in Form einer Hackschnitzel-Feuerungsanlage, da es möglich war, dafür zu günstigen Konditionen Holzhackschnitzel aus der Region zu beziehen.
Der Wärmeerzeuger vom Typ Schmid UTSR 240.32 verfügt über eine Leistung von 240kW und beheizt eine Fläche von 3000 m2. Er wird vornehmlich während der Heizsaison zwischen Oktober und März als Grundlast-Wärmeversorger betrieben und benötigt rund 500 m3 Holzhackschnitzel pro Jahr. Zur Abdeckung der Spitzenlasten im Winter sowie zur Warmwasserversorgung im Sommer wurde noch ein Gaskessel in das Heizkonzept integriert. Das Gerät vom Typ Hoval Ultragas verfügt über eine Leistung von 350 kW.
Um den neuen, verschärften Richtlinien der Luftreinhalte-Verordnung genügen zu können, nach denen seit dem 1. Januar 2012 in der Schweiz bei Heizanlagen mit einer Leistung von 70 bis 500 kW keine Rauchgase mit mehr als 50 mg/m3 Staub emittiert werden dürfen, beschloss die Stadt Steckborn als Betreiber des Seniorenheims einen Abgasfilter zu installieren. Zudem stellt der Kanton Thurgau zusätzliche Fördermittel bereit, wenn die Feinstaubemissionen sogar den Wert von 20 mg/m3 unterschreiten. Beauftragt wurde der Abgasspezialist Oekosolve. Nach Begutachtung der erst sechs Jahre alten Heizungsanlage schlugen die mit der Planung beauftragten Techniker vor, ein zweistufiges Filtersystem in die Abgasstrecke einzubauen. Die dabei zum Einsatz kommende Filterbox wurde von Oekosolve in Zusammenarbeit mit dem deutschen Abgasspezialisten Schräder entwickelt und wird in Deutschland ebenfalls über Schräder Abgastechnologie vertrieben und produziert.
Elektrostatischer Abscheider reduziert Staub um über 90 %
Bei der Filterbox handelt es sich um einen elektrostatischen Feinstaubfilter, der in die Abgasstrecke direkt hinter dem Feuerungsstutzen eingebaut wird. Wie bei der Anlage in Steckborn lässt er sich auch bei bereits bestehenden Heizkonzepten nachrüsten. Die rechteckige Filterbox hat eine kompakte Bauweise. Sie besteht aus einzelnen Kassetten, die in Anzahl und Aufbau speziell dem Wärmeerzeuger angepasst werden. Zu berücksichtigen sind in diesem Zusammenhang der Leistungsbereich sowie andere, besondere Anforderungen des Wärmeerzeugers. Mithilfe von Hochspannungselektroden werden die bei der Holzverbrennung entstehenden Feinstaubpartikel aufgeladen. Die geladenen Feinstaubpartikel setzen sich an der nachgelagerten Chromstahlschüttung im Filter ab. Die Hochspannungselektroden und die Chromstahlschüttung werden in bestimmten Intervallen vollautomatisch gereinigt. An den einzelnen Modulen befinden sich Düsen, durch die zur Entfernung der Feinstaubablagerungen Wasser eingesprüht werden kann. Die Häufigkeit der Reinigungsintervalle hängt von der Betriebsintensität des Kessels sowie der Brennstoffqualität ab. Der störungsfreie Betrieb des Feinstaubfilters ist damit stets gewährleistet.
Um die einwandfreie Funktionsweise der Heizungsanlage auch im Falle eines Defekts der Filterbox zu garantieren, wurde ein Bypass in die Abgaskomponente integriert. Die Bypassklappe wird durch einen Stellmotor angetrieben und garantiert, dass die Wärmeabgabe der Heizung nicht durch den Filter unterbrochen wird. Zudem verfügt die Anlage zur einfacheren Wartung über Revisionsöffnungen an den einzelnen Kassetten, an den Enden der Filterbox sowie beim Siphon.
Um die vom Kanton Thurgau geforderten Feinstaubwerte sicher erreichen zu können, wurde die Filterbox in zweistufiger Ausführung installiert. Mit der ersten Stufe lassen sich 70 bis 80 % des Feinstaubes entfernen, die zweite Stufe filtert dann noch einmal 80 % der schädlichen Partikel aus dem vorgereinigten Abgasstrom. In diesem Fall reduziert sich der Feinstaubwert von 100mg/m3 im Rohgas auf 6mg/m3 im Reingas.
Alterswohnanlage mit Pelletkesseln saniert
In der Alterswohnanlage Rorschacherberg, ebenfalls in Bodenseenähe, kam ein weiteres Verfahren zur Feinstaubreduktion zum Einsatz. Die Wohnanlage bietet 46 Seniorenwohnungen und ist an ein Pflegeheim angegliedert. Nachdem der Ölkessel aus dem Jahr 1983 nicht mehr wirtschaftlich zu betreiben war, wurde eine komplette Heizungserneuerung unumgänglich. Diese erfolgte durch zwei Pelletkessel sowie eine solare Unterstützung für die Warmwasseraufbereitung. Die Installation musste während des laufenden Betriebs erfolgen. Das Heizkonzept besteht aus einer Doppelkesselanlage mit je einem Holzpelletkessel KWB Multifire USV 100 D mit 99 kW sowie einem USV 80 D mit 82 kW Leistung. Die Feuerstätten wurden auf Volllast dimensioniert, im Teillastverhalten arbeitet jedoch ein Wärmeerzeuger als Führungskessel (Master/Slave-Regelung), wobei dieser wöchentlich wechselt. Damit wird auch eine gleichmäßigere Entleerung des Pelletlagers sichergestellt.
Die Kessel erhielten je eine separate Abgasführung sowie eine zwischengeschaltete Abgasreinigungsanlage mit elektrostatisch wirkenden U-Filtern zur Bindung des bei der Verbrennung der Pellets entstehenden Feinstaubes. Diese zeichnen sich durch eine sehr kompakte Bauweise, einfachen Aufbau und hohen Abscheidegrad aus. Sie werden vorgefertigt auf Montageschienen geliefert, die gleichzeitig als Transportschutz dienen. Die Abgase bzw. die darin enthaltenen Staubpartikel, werden nahezu ohne zusätzlichen Druckverlust über eine Elektrode aufgeladen und setzen sich im zweiten Teil des U-Filters auf einer nachgeschalteten Abscheidefläche ab. Die Abscheideoberfläche sowie die Elektrode werden in periodischen Abständen durch Wassereindüsung gereinigt. Über einen Abwasseranschluss werden die Staubpartikel schließlich aus dem Filter ausgespült. Ein Drucksensor im unteren Bereich des Filters verhindert einen möglichen Rückstau.
Hackschnitzelheizung plus Solarthermie für eine Sporthalle
Eine weitere Variante der Feinstaubfiltration wird im Heizkonzept der Sporthalle Homburg praktiziert. 2012 wurde in der Primarschule Homburg/Hörstetten (Schweiz) eine Hackschnitzelheizung von ETA mit 130kW installiert. Die rund 1500 m2 zu beheizende Fläche ist mit der neuen Heizung optimal zu versorgen. Ergänzt wird die Anlage durch eine Solarthermiefläche von 22 m2 für die Wassererwärmung.
Da auch bei dieser Heizungsanlage ein Feinstaubausstoß von 20 mg/m3 nicht überschritten werden sollte, kam ein Feinstaubfilter vom Typ AL-Top zum Einsatz. Diese Abgaskomponente wurde ursprünglich von der FH Gelsenkirchen entwickelt und anschließend in Kooperation von Schräder und Oekosolve weiterentwickelt. Die Produktion sowie der Vertrieb erfolgen in Deutschland über Schräder. In der Schweiz wird der Filter bereits seit längerer Zeit über Oekosolve vertrieben. Fünf verschiedene Ausführungen für die automatische Holzfeuerung zwischen 50 und 300kW stehen zur Verfügung, in der Sporthalle wurde die Ausführung AL-Top 150 installiert.
Funktionsweise des Feinstaubfilters AL-Top
Dieser Feinstaubfilter arbeitet ebenfalls elektrostatisch, das heißt mittels einer Hochspannungselektrode. Mit der Abluft strömen auch die Feinstaubpartikel in das Gerät. Dort setzt die HV-Elektrode kontinuierlich Elektronen frei, sodass die Feinstaubpartikel elektrostatisch aufgeladen werden. Dadurch bleiben sie an der Filterschüttung haften, die sich oberhalb der Elektrode auf einem Gitterrost befindet. An der Filterschüttung entstehen gröbere Flocken, die durch eine regelmäßige automatische Abreinigung mit Wasser weggespült werden. Das Abgas strömt schließlich aus. Je nach Brennstoff lassen sich auf diese Weise zwischen 80 und 95 % der feinen Staubpartikel entfernen. Dies wurde z.B. vom Deutschen Biomasse-Forschungszentrum DBFZ geprüft. Zur Sicherheit ist ein Bypass in den AL-Top eingebaut. Im Falle einer Störung wird das Abgas statt durch den Abscheider direkt durch den Bypass geleitet. So kann die Wärmeerzeugung jederzeit gewährleistet werden.
Ein wichtiger Teil des Verfahrens ist die Abreinigung der Filterschüttung. Sie wird mittels eines voreingestellten Reinigungsintervalls ausgelöst. Außerdem wird ständig die Druckdifferenz zwischen Ein- und Austritt des Abgases gemessen. Überschreitet der Differenzdruck einen programmierten Wert, erfolgt ebenfalls eine automatische Reinigung. Das Abwasser fließt in eine Sedimentierbox, wo sich die Partikel absetzen. Erst dann wird es in die Kanalisation geleitet. Bauseits werden die entsprechenden Anschlüsse für Wasser, Abwasser und Elektro vorgesehen. Durch seine kompakte Bauweise lässt sich der Feinstaubfilter nicht nur im Neubau einsetzen, sondern auch sehr gut in bestehende Heizungsanlagen integrieren.
Einheitliche Regler für verschiedene Filteranlagen
Die Regelung aller in diesem Beitrag vorgestellten Filteranlagen erfolgt über die elektronische Steuerung OS-CTRL, die von Oekosolve entwickelt wurde. Sie erzeugt und regelt die Hochspannung für die Elektrode. Über ein Touch-Display können verschiedenste Parameter wie Temperaturschwellen, Reinigungsintervalle und Regelparameter eingestellt werden. Dem Betreiber werden auf einen Blick die wichtigsten Anlagenparameter signalisiert. Darüber hinaus können weitere Informationen wie Betriebsstundenzähler und Anlagenhistorie ausgelesen werden. Verschiedene analoge und digitale Ein- wie Ausgänge ermöglichen die Einbindung des Feinstaubfilters in ein zentrales Leitsystem. Zusätzliche Komponenten wie Pumpen, Abgasventilatoren oder Bypassklappen können über die Steuerung integriert werden.
Die drei Beispiele aus der Schweiz zeigen, dass es möglich ist, Wärmeerzeugung aus nachhaltig erzeugten Festbrennstoffen mit umweltschonenden Maßnahmen zu kombinieren. Die Abgastechnikspezialisten Schräder und Oekosolve bieten zur effektiven Abgasreinigung verschiedene Filtermodelle an, die sich auf die jeweils technischen Gegebenheiten der Heizungsanlage abstimmen lassen. So werden übermäßige Feinstaubemissionen vermieden und die Luftqualität verbessert.
2 Als Holzhackschnitzelkessel wurde in Steckborn ein Schmid UTSR 240.32 gewählt. Dieser wird durch einen Spitzenlastkessel von Hoval ergänzt.
2 Beiden Kesseln in Rorschacherberg ist je ein U-Filter nachgeschaltet, der die bereits geringen Feinstaubemissionen der Pelletkessel noch weiter senkt.
3 Abgasanlage für die beiden Pelletkessel in Rorschacherberg. Die Wohnanlage besteht aus 46 Seniorenwohnungen und einem angegliederten Pflegeheim.
