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LowEmi-MicroStove Entwicklung eines neuen, kostengünstigen und emissionsarmen Pelletkaminofens mit hochmoderner Regelung

Im Rahmen des ERA-NET Projektes soll eine neue Generation von Pelletkaminöfen im Mikromaßstab entwickelt werden, die sich gegenüber den heutigen Produkten durch niedrige Investitionskosten, eine deutlich reduzierte Nutzwärmeleistung von 1 bis 4 kWth, deutlich reduzierte Emissionen im stationären und instationären Betrieb sowie eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber sich ändernden Holzpelletqualitäten auszeichnet. Um dieses Gesamtziel zu erreichen, sollen ein neues Pelletkaminofen-Konzept und eine neue Regelungsstrategie entwickelt werden, welche auf die Anforderungen der äußerst geringen Wärmeleistung des Pelletkaminofens zugeschnitten sind.
Kernelemente der neuen Technologie sollen ein neues Pelletzfördersystem sein, das auf die Anforderungen einer gleichmäßigen Brennstoffzufuhr auch bei geringer Brennstoffmenge zugeschnitten ist, ein neuartiges Mikro-Rostsystem und eine CFD-konzipierte Brennkammer, die die Grundlage für eine Low-Emission-Verbrennung über einen weiten Lastbereich bilden soll. Ein auf innovativen Sensoren basierendes Regelungskonzept soll sicherstellen, dass das Potenzial für einen emissionsarmen und hocheffizienten Betrieb im stationären und transienten Betrieb voll ausgeschöpft werden kann. Eine Reduktion der Investitionskosten soll auch durch den Einsatz innovativer Produktionstechniken (z. B. 3D-Druck) erreichbar ein.

 

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(c)BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH, Graz, AT

 

Ausgangssituation

Die stetige Verbesserung der Energieeffizienz neuer und renovierter Gebäude führt zu einer Verringerung des Wärmebedarfs. Daher sind fossile Kessel sowie insbesondere Wärmepumpen aufgrund ihrer typischerweise niedrigeren Nennleistungen und geringen Investitionskosten für Verbraucher häufig attraktiver als Biomassekessel. Pelletkaminöfen könnten hingegen, wenn Sie als Mikrosysteme gebaut werden können, zu deutlich attraktiveren Kosten realisiert werden. Pelletöfen haben weiters den Vorteil, dass Sie CO2-neutral Wärme bereit stellen können, jedoch ist darauf zu achten, dass die Staubemissionen durch neue und verbesserte Verbrennungs- und Regelungstechnik minimiert werden, auch wenn variable Holzpelletqualitäten zum Einsatz kommen.

 

Projektverlauf

In einem ersten Schritt wurde ein neues Brennstofffördersystems, das eine konstante und gleichmäßige Brennstoffzufuhr auch bei geringer Brennstoffmenge ermöglicht, entwickelt. Parallel erfolgte die Entwicklung eines neuen Mikro-Rostkonzepts, um eine gleichmäßige Verteilung der Primärluft auf den gesamten Bettquerschnitt zu erreichen sowie die CFD-gestützte Entwicklung einer innovativen Brennkammer, die eine emissionsarme Verbrennung durch ein geeignetes Brennkammerdesign, ein geeignetes Luftstufungskonzept und ein verbessertes Isolationskonzept ermöglicht. Weiters soll ein neues Konzept zur Regelung der Verbrennungsluft, der Luftstufung und des Lastmanagements entwickelt und umgesetzt werden.Ein sogenanntes Black-Box-Modell des Ofens soll dabei die Grundlage für die Entwicklung und Bewertung verschiedener Regelungskonzepte bilden. Dabei soll ein neuer CO / HC-Sensor mit geringem Signaldrift integriert werden. Derzeit werden zwei erste Versuchsanlagen der neuen Technologie getestet und bewertet.

Meilensteine

  1. Neues Brennstofffördersystem und Mikro-Rostkonzept verfügbar
  2. CFD-optimierte Brennkammer des kostengünstigen und emissionsarmen Mikro-Pelletkaminofens verfügbar
  3. Black-Box-Modell des Ofens für Echtzeit-Simulationen verfügbar
  4. Neue Regelung mit innovativer Sensorik verfügbar
  5. Basisversion und optimierte Version des Ofens getestet und bewertet
  6. Techno-ökonomische Analysen zur Unterstützung der Markteinführung durchgeführt
  7. Optimiertes Kaminofen-Konzept für die neue Technologie (TRL 5) verfügbar

"Zukünftige Gebäude benötigen CO2-neutrale und saubere Heizsysteme in einem sehr kleinen Leistungsbereich, die kosteneffizient arbeiten."

– Ingwald Obernberger –

Ergebnisse

Als Projektergebnis soll ein validiertes Mikro-Pelletkaminofen-Konzept zur Verfügung stehen (TRL 5), das sich gegenüber den heutigen Produkten durch niedrige Investitionskosten, eine deutlich reduzierte Nutzwärmeleistung von 1 bis 4 kWth, deutlich reduzierte Emissionen im stationären und instationären Betrieb sowie eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber sich ändernden Holzpelletqualitäten auszeichnet.

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