Untersuchung der Freisetzung partikulärer und gasförmiger Luftschadstoffe aus Kaminöfen in den Innenraum (PAGALUKA)

Abstract

Projektbeschreibung: Im Projekt PAGALUKA wurde eine Datenbasis zur Freisetzung gas- und partikelförmiger Luftschadstoffe aus Kaminöfen in den Innenraum geschaffen. Auf Grundlage dieser Datenbasis und des durch das Projekt generierten Verständnisses wurden sowohl Handlungsempfehlungen für Endverbraucher für einen emissionsarmen Betrieb sowie Empfehlungen für Hersteller für die Konstruktion emissionsarmer Kaminöfen erstellt.

Als wesentliche Prozesse für die Belastung von Innenräumen durch den Betrieb von Kaminöfen wurden im Rahmen des Projekts einerseits direkte Emissionen aus dem Ofen, z. B. beim Öffnen der Tür zum Nachlegen von Holz und andererseits die Partikelneubildung im Raum infolge der Freisetzung gasförmiger Substanzen aus dem Ofen bzw. von der Ofenoberfläche identifiziert. Eine große Wissenslücke bestand zu Projektbeginn aber noch bezüglich der Partikelkonzentrationen, die sich in Innenräumen mit Kleinfeuerungsanlagen einstellen können. Zwar wurden mitunter erhöhte Partikelkonzentrationen nachgewiesen, nach dem damaligen Kenntnisstand war aber nicht geklärt, welche Partikel tatsächlich aus dem Brennraum des Ofens emittiert werden und welche erst außerhalb des Ofens aufgrund thermischer Einwirkung durch Nukleation neu entstehen. Das wesentliche Ziel des Vorhabens war es daher, diese Quelltypen voneinander zu differenzieren und zu quantifizieren. Hierzu wurden die Anzahl- und Massenkonzentrationen sowie die Größenverteilungen der Partikel gemessen und eine Differenzierung volatiler und nicht-volatiler Partikel vorgenommen. Basierend auf den Erkenntnissen zur Freisetzung von Luftschadstoffen sollte ferner untersucht werden, inwieweit eine sensorgestützte Überwachung der Innenraumluftqualität beim Betrieb von Kaminöfen entwickelt und in die Abbrandsteuerung eines Kaminofens integriert werden kann, um so den Ofen energie- und emissionsoptimiert betreiben zu können.

Projektergebnisse: In umfangreichen Messungen wurden die Emissionen von Luftschadstoffen aus drei verschiedenen Kaminöfen in einem Prüfraum gemessen. Hierzu wurden unterschiedliche Einflüsse sowohl beim ordnungsgemäßen als auch beim nicht-ordnungsgemäßen Betrieb der Öfen untersucht. Darüber hinaus wurden die Möglichkeiten des Einsatzes kostengünstiger Gas- und Feinstaubsensoren für die Abbrandsteuerung und die Information der Nutzer über die allgemeine Luftqualität eruiert.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Partikelkonzentrationen im Raum sehr variabel sind. Direkt aus dem Brennraum emittierte Partikel konnten anhand der Größe von Partikeln unterschieden werden, die im Raum durch aus dem Brennraum oder von der Ofenoberfläche emittierte gasförmige Substanzen erst gebildet wurden. Partikelmissionen aus dem Brennraum gingen typischerweise mit hohen Partikelmassen- und Rußkonzentrationen einher, standen allerdings fast immer im Zusammenhang mit nicht-ordnungsgemäßer Bedienung des Ofens. Beim ordnungsgemäßen Betrieb wurden hingegen regelmäßig hohe Anzahlkonzentrationen sehr kleiner Partikel gemessen, die nahezu keinen Beitrag zur Massenkonzentration hatten. Diese Partikel entstanden meist durch die Emission von Gasen beim Holznachlegen. Es zeigte sich aber, dass der gezielte Einsatz eines Exhaustergebläses diese Emission und die nachfolgende Partikelneubildung effizient vermeiden kann. Konstruktiv lassen sich Öfen zudem durch Verwendung eines tiefen Brennraums mit kleiner Tür emissionsarm gestalten.

Die Verwendung kostengünstiger Feinstaubsensoren zur Überwachung der Luftqualität ist nur begrenzt aussagekräftig, da die Massenkonzentrationen infolge der Partikelfreisetzung aus dem Brennraum zwar adäquat wiedergegeben, hohe Anzahlkonzentrationen aufgrund von Partikelneubildung aber nicht detektiert werden.

Basierend auf den Erkenntnissen des Projekts wurden Handlungsempfehlungen für den emissionsarmen Betrieb und Konstruktionsempfehlungen für die Auslegung emissionsarmer Kaminöfen verfasst.