![\"Verbrennung](\"\/rauchzeichen\/wp-content\/uploads\/2016\/07\/verbrennung.jpg\" "\\"Wie")
\nWer seinen Kaminofen in Betrieb setzt, leitet damit eine Verbrennung ein. Bei klassischen Kamin\u00f6fen und Schweden\u00f6fen kommt als Brennstoff Holz zum Einsatz. Daher besch\u00e4ftigen wir uns in diesem Artikel nicht nur mit den allgemeinen Vorg\u00e4ngen, die bei einer Verbrennung vor sich gehen, sondern auch mit holzspezifischen Verbrennungsprozessen. Auch wenn es ein chemisch komplexer Vorgang ist, haben wir versucht diesen in eine leicht verst\u00e4ndliche Form mit der notwendigen Genauigkeit zu beschreiben.<\/p>\n
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Verbrennung ist ein chemischer Prozess, bei dem Energie in Form von Licht und W\u00e4rme abgegeben wird – aufgrund des Energieflusses „nach au\u00dfen“ werden Verbrennungsprozesse auch als exotherme Reaktion bezeichnet. Aus der Perspektive eines Chemikers ist die Verbrennung eine sogenannte Redoxreaktion – bzw. fachlich korrekt beschrieben – eine Reduktions-Oxidations-Reaktion.<\/p>\n
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Dabei werden Elektronen des Brennstoffes auf den Reaktionspartner Sauerstoff \u00fcbertragen.<\/p>\n
Redoxreaktionen finden in vielen Bereichen statt, hierzu z\u00e4hlen beispielsweise Stoffwechselvorg\u00e4nge, Nachweisreaktionen im Labor oder technische Produktionsprozesse.<\/p>\n
Wenn eine Verbrennungsreaktion mit der Bildung einer Flamme verbunden ist, handelt es sich dabei um ein Feuer oder eine „klassische“ Verbrennung.<\/p>\n
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Chemiker bezeichnen jedoch auch einige andere Reaktionen, an denen kein Sauerstoff beteiligt ist, als Verbrennung. Beispielsweise wird die Rolle des Oxidationsmittels bei der Reaktion von Wasserstoff und Fluor zu Fluorwasserstoff durch das Fluor \u00fcbernommen – diese Art der Verbrennung spielt in vielen industriellen Prozessen, etwa bei der Herstellung von Tensiden f\u00fcr die Waschmittelerzeugung, bei der Benzinherstellung oder in der Farbstoffchemie, eine Rolle.<\/p>\n
Bei der Bildung einer Flamme geht es um die Lichtemissionen w\u00e4hrend eines Verbrennungsprozesses. Licht ist der f\u00fcr das menschliche Auge sichtbare Teil der elektromagnetischen Strahlung. Es weist Wellenl\u00e4ngen im Bereich von 380 bis 780 Nanometern auf. Eine exakte Grenze f\u00fcr die Lichtwahrnehmung gibt es nicht, da die Lichtempfindlichkeit des Auges in den Grenzbereichen des sichtbaren Lichts nicht abrupt, sondern allm\u00e4hlich endet.<\/p>\n
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Unterhalb der Wahrnehmungsgrenzen des sichtbaren Lichtes befinden sich die Bereiche der UV-Strahlung mit Wellenl\u00e4ngen von 10 bis 380 Nanometern, nach oben schlie\u00dft sich die infrarote Strahlung mit Wellenl\u00e4ngen zwischen 780 Nanometern und einem Millimeter an.<\/p>\n
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Die Licht- und W\u00e4rmestrahlung bei einer Verbrennung wird durch die an der chemischen Reaktion beteiligten Atome und Molek\u00fcle sowie durch Aerosole oder Feststoffpartikel wie Ru\u00df und Asche hervorgerufen und beeinflusst. Beispielsweise emittieren Ru\u00df und Asche ein Strahlungsspektrum, das einem sogenannten Schwarzen K\u00f6rper nahekommt.<\/p>\n
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Dieser Begriff aus der Physik beschreibt eine idealisierte thermische Strahlungsquelle, die nicht nur das sichtbare Licht, sondern auch die elektromagnetische Strahlung anderer Frequenzbereiche vollst\u00e4ndig absorbiert und au\u00dferdem selbst elektromagnetische Strahlen in Form von W\u00e4rme abgibt. Die vollst\u00e4ndige Absorption von Licht und anderer Strahlung ist ein reines Theorem – in der Praxis reflektieren K\u00f6rper immer einen Teil der auf sie treffenden Strahlung.<\/p>\n
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Ein hoher Anteil von Ru\u00df- und Aschepartikeln in einer Flamme f\u00fchrt jedoch dazu, dass die Verbrennung vor allem thermische Energie, jedoch nur Lichtanteile bestimmter elektromagnetischer Wellenl\u00e4ngen freisetzt.<\/p>\n
Im allt\u00e4glichen Sprachgebrauch ist von einer Flamme dann die Rede, wenn w\u00e4hrend der Verbrennung eine sichtbare Reaktion des Brennstoffs mit oxidierendem Sauerstoff erfolgt.<\/p>\n
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Der Reaktionsbereich einer Verbrennung umfasst eine Vorw\u00e4rmzone, die eigentliche Reaktionszone sowie eine nicht reaktive Gleichgewichtszone. Die Flammenbildung erfolgt in der Reaktionszone und ist somit das Resultat der aktiven Verbrennungsreaktion. Durch die sichtbare Flamme wird der Reaktionsbereich gegen\u00fcber den anderen beiden Zonen abgegrenzt.<\/p>\n
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Die Flammenf\u00e4rbung weist auf die Pr\u00e4senz bestimmter Stoffe in der Reaktionszone hin:<\/p>\n
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Flammen lassen sich dar\u00fcber hinaus durch einige weitere Eigenschaften beschreiben. So entsteht bei der Verbrennung von Holz in einem Kaminofen oder Schwedenofen eine sogenannte „nicht vorgemischte“ Flamme, bei der der Brennstoff und der Oxidator – also Sauerstoff – erst w\u00e4hrend der Verbrennung in einem nicht exakt definierten Verh\u00e4ltnis aufeinandertreffen. Flammen k\u00f6nnen sich laminar (in einer bestimmten Str\u00f6mungsrichtung der jeweils reagierenden Gase) oder turbulent entfalten.<\/p>\n
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Auch das Verh\u00e4ltnis von Brennstoff und Oxidationsmittel spielt f\u00fcr die Charakteristik von Flammen eine Rolle:<\/p>\n
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Bei der Wahrnehmung einer Flamme geht es immer um den sichtbaren Anteil der elektromagnetischen Strahlungsemissionen bei einer Verbrennung. Bei einem Feuer sind Flammen verschiedener Auspr\u00e4gung, F\u00e4rbung und Gr\u00f6\u00dfe ein integraler Bestandteil der Verbrennung. Bei anderen Verbrennungsreaktionen – beispielsweise bei oxidativen Stoffwechselprozessen innerhalb des K\u00f6rpers, aber auch bei der Verbrennung von Holzkohle, Koks oder Anthrazit – kommt es dagegen nicht zur Flammenbildung.<\/p>\n
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Energie wird auch bei flammenlosen Verbrennungsprozessen freigesetzt. Jedoch strahlen die Reaktionsprodukte der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in diesem Fall im f\u00fcr das menschliche Auge nicht sichtbaren Infrarot-Spektralbereich.<\/p>\n
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Versuche haben gezeigt, dass sich in einem industriellen Umfeld unter anderem durch Ofentemperaturen \u00fcber 1.000 Grad Celsius und eine Vorerw\u00e4rmung der Oxidationsluft auf 650 Grad Celsius mit unterschiedlichen Brennstoffen Verbrennungsprozesse ohne Flammenbildung erzeugen lassen. Auf umweltfreundliche Art und Weise kann die Luftvorerw\u00e4rmung beispielsweise durch die Abw\u00e4rme von Abgasen vorgenommen werden.<\/p>\n
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Das Resultat einer solchen flammenlosen Verbrennung besteht in einer wirkungsvollen Reduktion von Energieverlusten und Schadstoffemissionen. Entsprechende Technologien k\u00f6nnten k\u00fcnftig in gr\u00f6\u00dferem Ma\u00dfstab zur Grundlage einer besonders effizienten Energiegewinnung werden.<\/p>\n
Verbrennung und Abgase<\/p>\n
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Der Verbrennungsvorgang wird durch das Z\u00fcnden – also die Zufuhr der Aktivierungsenergie f\u00fcr die Verbrennung – eingeleitet. Sobald geringe Mengen des Brennstoffs mit dem vorhandenen Sauerstoff reagieren, vergr\u00f6\u00dfert sich die Menge der Aktivierungsenergie. Die Energie f\u00fcr das Aufrechterhalten eines Feuers und seinen Abbrand wird gr\u00f6\u00dftenteils w\u00e4hrend der Verbrennungsprozesses selbst erzeugt. Eine Verbrennung kann daher auch als chemische Kettenreaktion bezeichnet werden.<\/p>\n
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Zur W\u00e4rmeerzeugung durch Verbrennung werden in der Regel Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff zur Reaktion gebracht. Dabei entstehen Abgase, die vor allem Luftstickstoff, Wasser sowie CO2 enthalten. Abh\u00e4ngig von der Art der Verbrennung k\u00f6nnen in den Abgasen weitere Stoffe enthalten sein. Hierzu z\u00e4hlen Stickoxide, Kohlenmonoxid sowie unverbrannte Kohlenwasserstoffe.<\/p>\n
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Ru\u00df entsteht bei sogenannten „fetten“ Flammen durch einen relativen \u00dcberschuss des Brennstoffs\/von Kohlenwasserstoffen gegen\u00fcber dem oxidierenden Sauerstoff. Er besteht zu 80 bis knapp 100 Prozent aus Kohlenstoff, daneben enth\u00e4lt er \u00f6lige Partikel aus einer unvollst\u00e4ndigen Verbrennung.<\/p>\n
Holz ist ein organischer Brennstoff. Es entz\u00fcndet sich auch bei h\u00f6heren Temperaturen nicht von selbst, sein Brennpunkt liegt bei 130 bis 150 Grad Celsius. Wenn Holz im Temperaturbereich zwischen 100 und 110 Grad Celsius getrocknet wird, werden zun\u00e4chst nur das darin enthaltene Wasser sowie ein Teil der leicht siedenden Holzharze abgegeben.<\/p>\n
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Nach dem Erreichen des Brennpunktbereiches \u00e4ndert sich dagegen auch die chemische Zusammensetzung des Holzes: Der Gehalt an Wasserstoff und Kohlenstoff sowie sein Raumgewicht nehmen ab, dagegen steigt der Kohlenstoffanteil im Holz.<\/p>\n
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Die Porosit\u00e4t sowie die von der Oxidationsluft erreichbare Fl\u00e4che vergr\u00f6\u00dfern sich w\u00e4hrend der Verbrennung. Bei Temperaturen zwischen 230 und 270 Grad Celsius beginnt die Bildung von Holzkohle, die besonders absorptionsf\u00e4hig f\u00fcr Gase und daher leicht oxidierbar ist.<\/p>\n
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Im Gegensatz zur Verbrennung von Fl\u00fcssigkeiten oder Gasen, bei denen eine Redoxreaktion nur in der Gasphase vor sich geht, l\u00e4uft die Holzverbrennung sowohl in der Gasphase als auch als Verbrennungsvorgang auf der Oberfl\u00e4che eines feste K\u00f6rpers ab. In der Gasphase verbrennen die im Holz enthaltenen Gase, au\u00dferdem wird die w\u00e4hrend der Verbrennung selbst auf der Oberfl\u00e4che des Holzes entstehende Kohleschicht verbrannt.<\/p>\n
Nach dem Anz\u00fcnden des Feuers geht die Holzverbrennung in mehreren Phasen vor sich, die zum Teil parallel verlaufen:<\/p>\n
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F\u00fcr die Beurteilung, unter welchen Bedingungen die Verbrennung vor sich geht, ist unter anderem das Verbrennungsluftverh\u00e4ltnis – die sogenannte Luftzahl – relevant. Sie beschreibt das Massenverh\u00e4ltnis von Luft und Brennstoff. In der Regel ist die Luftzahl umgekehrt proportional zur Feuerungsleistung. Bei niedriger Luftzahl ist also die Feuerungsleistung h\u00f6her.<\/p>\n
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Das Verbrennungsluftverh\u00e4ltnis erlaubt R\u00fcckschl\u00fcsse auf den Verlauf einer Verbrennung, insbesondere die erreichten Temperaturen, Schadstoffemissionen und den Wirkungsgrad. Beim Anz\u00fcnden eines Holzfeuers ist die Luftzahl zun\u00e4chst gro\u00df, die Flammenfl\u00e4che dagegen klein.<\/p>\n
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Optimal ist in der Regel eine gro\u00dfe Flammenfl\u00e4che, da dabei die Bildung von Emissionen am geringsten und der Wirkungsgrad des Feuers am h\u00f6chsten sind. Einen Einfluss auf die Flammenfl\u00e4che hat nat\u00fcrlich auch der Ablauf der verschiedenen Verbrennungsphasen.<\/p>\n
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Bei einem Kaminfeuer lassen sich anhand der Flamme einige Aussagen \u00fcber den Zustand des Feuers treffen:<\/p>\n
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Die erste Voraussetzung f\u00fcr den energieeffizienten Betrieb eines Kamin- oder Schwedenofens ist die Verfeuerung von trockenem Holz. Optimal ist Holz, dessen Restfeuchte maximal 20 Prozent betr\u00e4gt. Zum Vergleich: Holz mit einer Restfeuchte von 50 Prozent besitzt nur noch einen halb so gro\u00dfen Heizwert. Optimal f\u00fcr einen hohen Wirkungsgrad und damit energieeffizientes Heizen mit Holz ist eine m\u00f6glichst kurze Anheizphase.<\/p>\n
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Wichtig ist, dass ein Kaminfeuer w\u00e4hrend der Anheizphase sowie w\u00e4hrend der Gasverbrennung gen\u00fcgend Luft bekommt, damit die ausgetriebenen Holzgase verbrennen k\u00f6nnen und im Holz enthaltenes Wasser verdampfen kann. Hierf\u00fcr ist eine ausreichende Luftzufuhr unerl\u00e4sslich.<\/p>\n
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Eine Drosselung der Luftzufuhr w\u00e4hrend der Entgasungsphase kann dazu f\u00fchren, dass sich zumindest der Tendenz nach ein Schwelbrand bildet: Die Flammenbildung vermindert sich oder wird komplett gestoppt. Zwar geht die Gasverbrennung auch bei einem solchen nahezu flammenlosen Feuer weiter – jedoch wird dann nur wenig bis keine W\u00e4rmeenergie erzeugt, daf\u00fcr entstehen in besonders gro\u00dfem Umfang Ru\u00df und Teer sowie Schadstoffemissionen.<\/p>\n
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Auch in der Ausbrandphase ben\u00f6tigt ein Kaminfeuer gen\u00fcgend Luft, da sonst die Gefahr besteht, dass sich Kohlenmonoxid bildet.<\/p>\n
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Wenn die Flamme des Holzfeuers eine optimale Luftzahl und damit einen hohen Wirkungsgrad sowie geringe Emissionen anzeigt, l\u00e4sst sich die Energieeffizienz des Feuers durch Stochern\/Sch\u00fcren weiter steigern. Hierdurch reduziert sich die Luftzahl – bei ausreichender Luftzufuhr wird der Verbrennungsprozess weiter intensiviert. Gedrosselt werden darf die Luftzufuhr auch in der Ausbrandphase nur soweit, dass noch immer eine hellgelbe Flamme oder lodernde Glut vorhanden ist.<\/p>\n
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Die Holzmenge f\u00fcr einen Kaminofen oder Schwedenofen sollte grunds\u00e4tzlich nach dem W\u00e4rmebedarf bemessen werden. H\u00e4ufigeres Nachlegen kleinerer Mengen Holz erm\u00f6glicht am besten, die Energieeffizienz sowie die Ru\u00df- und Schadstoffemissionen eines Kaminfeuers umweltfreundlich zu tarieren.<\/p>\n
Insgesamt ist das Heizen mit Holz eine sehr umweltfreundliche Heizmethode. Schadstoffe – einmal abgesehen von den normalen Abbrand-Emissionen Wasser und CO2 entstehen vor allem dann, wenn die Luftzufuhr f\u00fcr einen optimalen Brennprozess nicht ausreicht und das Holz nicht komplett verbrennt.<\/p>\n
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Ursachen daf\u00fcr k\u00f6nnen ein fehlerhafter Heizprozess oder M\u00e4ngel der Feuerst\u00e4tte sein.
\nBei einer optimalen Holzverbrennung halten sich die R\u00fcckst\u00e4nde von Ru\u00df und Teer in engen Grenzen. Als fester Verbrennungsr\u00fcckstand entsteht fast ausschlie\u00dflich graue Asche.<\/p>\n
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Der h\u00e4ufigste Fehler beim Heizen mit Holz in einem Kaminofen oder Schwedenofen besteht darin, dass der Ofen mit gr\u00f6\u00dferen Holzmengen gef\u00fcllt und die Luftzufuhr kurz nach dem Anheizen gedrosselt wird. Hierdurch entsteht nicht etwa der bezweckte stundenlange Dauerbrand, sondern ein Schwelbrand mit geringer W\u00e4rmeleistung, jedoch starker Ru\u00df- und Teerentwicklung.<\/p>\n
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Das Heizen mit Holz in einem Kaminofen oder Schwedenofen erfordert etwas Aufmerksamkeit und eine aktive Betreuung des Feuers. Die Beobachtung der Flamme gibt Aufschluss dar\u00fcber, ob ein Nachlegen von Holz sowie eine Ver\u00e4nderung der Luftzufuhr n\u00f6tig sind. Ein solches \u00fcberwachtes Heizen erm\u00f6glicht nicht nur Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit, sondern auch eine optimale Klimatisierung von mit Holz beheizten R\u00e4umen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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