Benutzer:Biofire/Grundofen

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Allgemeines zum Grundofen

Ein Grundofen ist eine mit Stückholz (Brennholz) betriebene Feuerstätte, welche primär in Einfamilienhäusern (vom Bauernhof bis hin zum modernen Minergie- oder Passivhaus) betrieben wird. Das Wesentliche am Grundofen ist seine Bauart: der Feuerraum wie auch die nachfolgenden Rauchgaszüge bestehen ausschliesslich aus von Hand gesetzten Schamottesteinen (oft auch Speichersteine genannt). Durch die (im Vergleich zu anderen Feuerstätten meist grösseren) Feuerräume und die anschliessend mehrere Meter an Rauchgaszügen (keramische Züge) bis zum eigentlichen Anschluss an den Schornstein (CH: Kamin), haben die Speichersteine ausreichend Zeit, die Wärme aufzunehmen, zu speichern und langsam in den Raum abzugeben. Bei nur einmaliger Befeuerung erreicht so ein Grundofen eine kontinuierliche Wärmeabgabe von mindestens 8 bis maximal 24 Stunden, je nach Grösse und Bauform. Dementsprechend wird er auch als Zeitbrandofen (im Gegensatz zu Dauerbrandöfen bei Eisen- oder Kamineinsatzöfen bzw. Schwedenöfen) bezeichnet. Wo früher noch Ofentüren (ohne Sicht auf das Feuer) verbaut wurden, werden bei modernen Grundöfen grosse Sichtscheiben verwendet. Damit werden die Vorteile von beiden Welten – nämlich Romantik durch freien Blick auf das Feuer einerseits, und hohe Effizienz wie Wärme durch Speicherung andererseits – verbunden.

Datei:Biofire Luftzug durch einen Speicherofen.jpg

Wesentliche Merkmale des Grundofens

1. Hohe Speicherleistung: Als wesentlich und typisch kann die hohe Speicherleistung der Verbrennungswärme dank Verwendung der Speichersteine (Schamottesteine) hervorgehoben werden. Ähnlich zu einem Schwamm, der das Wasser aufsaugt, nehmen die Speichersteine die Energie auf, um diese dann langsam, also während mehrerer Stunden (i.d.R. mindestens 8 Stunden und je nach Bautyp auch bis zu 24 Stunden) als Strahlungswärme abzugeben.

2. Gesunde Strahlungswärme: Gerade diese Strahlungswärme (die sehr mild und gesund ist) unterscheidet den Grundofen insbesondere zu „Warmluftöfen“ (Konvektionsöfen), wo die Luft über den Eiseneinsätzen erwärmt und analog zu Radiatoren als warme Luft in den Raum strömt. Bei Strahlungswärme hingegen wird analog zur Sonnenstrahlung Infrarotwärme im Raum und an den Körper geleitet. Selbst Stunden, nachdem das Feuer ausgegangen ist, spürt man diese angenehme Wärme noch.

3. Dosierte Wärmeabgabe: Als weiteres wichtiges Merkmal und Abgrenzung zu anderen Feuerstätten ist die im Vergleich deutlich langsamere und dosiertere Wärmeabgabe zu nennen. D.h. dass die pro Stunde abgegebene Leistung eines Grundofen (ausgedrückt in KWh) deutlich kleiner ist als z.B. bei Schwedenöfen oder Kamineinsatz-Öfen, deren Leistung praktisch immer bei 6-8KW oder noch höher liegt. Gerade hier zeigt sich, dass mehr Leistung nicht immer besser ist. Ein Beispiel soll dies verdeutlichen:

a. Ein modernes Einfamilienhaus mit heutigem Isolierungsstandard und rund 150m2 Nettowohnfläche sowie einer durchschnittlich Lage (500 m.ü.M) benötigt im Winter eine Heizleistung von selten höher als 6 KWh gesamt (Minergie oder Passivhaus sogar deutlich weniger). Möchte man beispielsweise nun das Wohnzimmer mit einer Feuerstätte beheizen, zeigt sich schnell, dass 6-8 KW Leistung viel zu viel sind. Es wird zu warm im Raum und Fenster werden geöffnet. Die Energie verpufft. Ein entsprechend auf diese Grundfläche berechneter Grundofen bringt hier eine Leistung von 1-3 KW, dafür aber langfristig und ohne Überhitzung der Räume.

4. Einmal Feuern, 12-18 Stunden warm: Aufgrund der grösseren Feuerräume (im Vergleich zu Kamineinsatz- oder Schwedenöfen) und der hohen Speicherleistung kann Wärme mit nur einem einzigen Abbrand für die nächsten 12-18 Stunden erzeugt werden. Das macht den Grundofen auch so ideal für den Einsatz als Zusatz- oder Ganzhausheizung, da in der Regel einmal Feuern pro Tag ausreicht. Im Vergleich dazu sind Schwedenöfen- oder Kaminöfen meist kalt, sobald das Feuer erloschen ist.

5. Hohe Wirtschaftlichkeit: Der Grundofen verbrennt das Holz immer unter Volllast und maximal hohen Temperaturen, so dass das Holz praktisch vollständig und mit minimalen Rückständen verbrennt. Zusammen mit dem hohen Nutzen (dank langsam abgegebener und somit gut nutzbarer Energie) macht ihn das zu einem besonders effizienten wie wirksamen System.

6. Niedrige Emissionswerte: Ein Grundofen wird heute ausschliesslich mit modernen, computerbasierten Berechnungsprogrammen und besten Materialien geplant und gebaut. Zusammen mit den hohen Verbrennungstemperaturen und ein auf die Wohnraumsituation abgestellten Leistung erzielt der Grundofen Bestwerte in Bezug auf Emissionen und Rauchgaswerte.

7. Naturofen: Da – bis auf die Scheibe – praktisch nur Naturmaterialien verwendet werden (in der Regel besteht der Schamottestein aus diversen Lehmsorten und die Hülle aus natürlichen Oberflächen wie Kacheln, Mineralischem Verputz oder Natursteinen), wird der Grundofen gerne auch als Naturofen bezeichnet. Dazu kommt, dass er dadurch auch ein besonders gutes Raumklima erzeugt.

Verwendung

1. Als Zusatzheizung: Ein Grundofen wird in den häufigsten Fällen als Zusatzheizung betrieben. Das Ziel ist, bestehende Primärheizungen wie z.B. Öl-/ Gas-, Pellet- oder Wärmepumpenheizungen zu unterstützen bzw. zu entlasten. Wo in der Übergangszeit der Grundofen praktisch allein betrieben werden kann (weil man z.B. die Ölheizung noch nicht aktivieren will), reduziert er im Winter bei Betrieb die Leistung der Primärheizung und sorgt zudem für behagliche Stimmung.

2. Als Ganzhausheizung: Bereits in der Historie wurde der Grundofen aufgrund seiner hohen Zuverlässigkeit und geringem Service Aufwand als Ganzhausheizung eingesetzt. Neue Trends wie klimaneutrales Heizen zusammen mit ökologischem Bauen, aber auch angestrebter Unabhängigkeit gegenüber endlichen Ressourcen wie Atom oder Öl, leiten eine Renaissance des Grundofen als Ganzhausheizung ein. Dies wird auch gefördert durch die neue Bautechnik und den dadurch signifikant geringeren Energiebedarf, was das Heizen mit Holz im Aufwand deutlich reduziert. Ein Grundofen kann dabei als Ganzhausheizung mit oder ohne Warmwasser Aufbereitung betrieben werden. Beim Grundofen mit Warmwasserheizung wird dem Ofen mittels Wärmetauscher (oder auch Absorberplatten), die zwischen Kern und Hülle verbaut werden und wasserführend sind, Strahlungswärme teilweise bis vollständig absorbiert und in einen Wärmespeicher (Pufferspeicher) übergeleitet. Von diesem Speicher wird dann mittels eines Regelgerätes und unter Einsatz von Pumpen das Heizungswasser in das Heizsystem (Fussboden-, Wand-, Decken- oder Radiatorenheizung) des Hauses verteilt. Bei Ganzhausheizungen wird der Grundofen meist durch thermische wie auch heizungsunterstützend dimensionierte Solaranlagen, oft auch Photovoltaik-Anlagen, ergänzt.

Datei:Biofire Ganzhausheizung Grafik,jpg

Bauart Typen

Nach dem Gewicht: Man unterscheided nach dem Gewicht einen leichten, mittelschweren oder schweren Grundofen. Heute werden meist nur noch leichte und mittelschwere Grundöfen verbaut. Der Grund liegt darin, dass ein guter Mix zwischen schneller Reaktionsfähigkeit (sprich möglichst schnell Wärme) und einer Speicherdauer von 12-18 Stunden erwirkt werden soll. Kleinspeicheröfen bzw. Leichtspeicheröfen kommen eher dann zum Einsatz, wenn Räume besonders klein oder die Tragfähigkeit des Bodens gering ist.

Nach der Bautechnik:

Einschalige Bauweise: Der Kern bildet auch gleichzeitig die Aussenhülle. Diese Bauweise findet man häufig bei Specksteinöfen von Volumenanbietern. Beim klassischen Grundofen wird diese Bauweise nicht angewendet.

Zweischalige Bauweise: Der aus Schamottesteinen gebaute Kern bildet das „Kraftwerk“ und leitet die Rauchgaszüge bis zum Schornstein (CH: Kamin). Darum wird eine separate Hülle aus Kacheln, dünneren Schamotteplatten oder Naturstein gebaut. Dies ist die heute gängige Bautechnik.

Satellitenofen: Wird ein Teil des Grundofens in einem oberen Stockwerk verbaut, spricht man meist von einem Satellitenofen. Der Satellit ist dabei direkt mit dem Hauptofen im darunter liegenden Stock verbunden und verfügt über keine eigene Feuerstelle. Der Vorteil eines Satelliten ist die bessere Verteilung der Heizleistung auf zwei Stockwerke.

Datei:Satellitenofen VHP Schweiz.jpg

Stubenofen: Die Befeuerung erfolgt meist vom Gang oder der Küche, und der Grundofen steht ohne Feuerstelle im Wohnraum (in der Stube). Der Hauptvorteil liegt darin, dass in der Stube kein Holz gefeuert wird und damit weder Rauch emittiert noch Verunreinigungen stattfinden können. Der Nachteil: kein sichtbares Feuer in der Stube.

Zimmerofen: Zimmeröfen (oder auch Gestellöfen) sind bewegliche Feuerstätten. Der mit keramischen Materialien gebaute Brennraum und die Heizgaszüge sind mit einer Ofenhülle umgeben (Kacheln, Naturstein, Metall, etc.) und mit einem Stahl- oder Gussrahmen eingefasst. Die Beschickungsmenge ist kleiner als 7 KG.

Nach der äusseren Form: Ein Grundofen kann entsprechend seiner äusseren Hülle unterschiedlich bezeichnet werden. Anmerkung: Besonders hier zeichnen sich viele Missverständnisse im heutigen Gebrauch dieser Begriffe ab, dann die Bezeichnung lässt keinen direkten Rückschluss auf die eigentliche Bauart im Inneren des Ofens zu (Beispiel: ein Kachelofen kann ein Grundofen sein, aber auch ein Metalleinsatzofen, der lediglich mit Kacheln verkleidet ist!).

Kachelofen: Ist ein Grundofen vollverkachelt, spricht man gerne von einem Kachelofen. Früher war ein Kachelofen per se ein Grundofen. Da heute auch andere technische Systeme (z.B. metallischer Heizeinsatz) zum Einsatz kommen, die ebenfalls verkachelt sein können, ist dem heute nicht mehr so.

Specksteinofen: Beim Specksteinofen wird Anstelle von Schamottesteinen gerne auch Speckstein im Kern verwendet. Speckstein zeichnet sich wie Schamottestein durch eine sehr hohe Speicherfähigkeit aus. Meist ist ein Specksteinofen auch mit einer Specksteinhülle verkleidet, was ihm das von Specksteinöfen bekannte Aussehen von gräulich-schwarz bis rötlich-grün verleihen kann. Heute findet man mehr und mehr auch eine Kombination aus Schamottekern und Specksteinhülle – sozusagen das Beste aus beiden Materialien.

Speicherofen oder Naturofen: Vielen Käufern ist das Design von Kachel- oder Specksteinöfen zu markant, zu Klassisch oder auch preislich zu teuer. Daher werden Grundofen zuweilen meist verputzt gebaut. D.h. die Hülle besteht aus einer weiteren Schamottesteinschicht, welche mit einem mineralischem Verputz oder Lehmputz versehen wird. Farblich meistens weiss, kann aber auch praktisch jede RAL-Farbe zum Einsatz kommen. Vielfacht wird der Verputz noch ergänzt durch den Einsatz von Natursteinen.

Leistung in KWh / Speicherleistung

Hinweis: Wird die Leistung eines Grundofen in KWh angegeben, so bedeutet dies in der Regel einen Durchschnittswert. Da der Grundofen ja speichert und die Wärme während einer bestimmten Dauer (z.B. 12 Stunden) und einer bestimmten Leistungsintensität (am meisten nach ca. 2-4 Stunden und dann absinkend bis gegen Null) abgibt, wird je nach Grösse des Grundofens ein solcher Durchschnittswert errechnet. Dementsprechend muss auch zwischen Leistung (effektiv pro Stunde) und Speicherleistung (Gesamtwert der gespeicherten Energie) unterschieden bzw. beide gesamtheitlich betrachtet werden.

Leistung: Die Leistung des Grundofen kann von 2 bis 14 KWh geplant werden. Diese Leistung steht auch immer in Relation zur Feuerraum Grösse, welche entsprechend von ca. 4 bis 40 Kg Brennholz (und pro Abbrand!) betragen kann. Zwar wären noch grössere Grundöfen technisch machbar, aber die Erfahrung zeigt, dass für den Anwender Brennräume >35 Kg als wenig sinnvoll erscheinen. Der Aufwand für Beschaffung, Lagerung und Bestückung wird einfach zu umständlich.

Leistung und Grösse eines Grundofen stehen dabei in direktem Zusammenhang: Die Leistung kann auch als Leistung pro m2 definiert werden. Ein durchschnittlicher Grundofen hat dabei eine Leistung von rund 700 Watt/m2, sehr gute Grundofen bis zu 900 Watt/m2. Je höher die Leistung, desto grösser wird ein Ofen beim Bau.

Speicherleistung: Multipliziert man die Durchschnittsleistung mit der Speicherdauer, erhält man Speicherleistung. Hat beispielsweise ein Grundofen 4 KW (effektiver Wert) auf 12 Stunden, erhält man eine Speicherleistung von 4 KW*12 Std. = 48KWh. Dies entspricht einer einmaligen Abbrandmenge von ca. 12-14 Kg Brennholz (1 Kg  4 KW).

Wärmeabgabe & Strahlungswärme: Die Wärmeabgabe erfolgt beim Grundofen über die Oberfläche. Diese kann – je nach Intensität der Beheizung – bis zu max. 90°C betragen und wird hauptsächlich als Strahlungswärme abgeben. Der Grundofen strahlt dabei omnidirektional, also in alle Richtungen (analog zur Sonne). Die meiste Wärme wird zur Seite und über den Deckel abgegeben.

Nachteile und Grenzen des Grundofen

Gewicht: Die hohe Speicherleistung ist immer in Relation zur Masse. Daher wiegen Grundöfen – je nach Bauart – heute meistens zwischen 1.000 – 2.000 kg. Zwar stellt dies für moderne Häuser selten ein Problem dar; aber bei Holzbauweise und in alten Hütten/ Chaltes kann dies ggf. zum statischen Thema werden. Verzögerung: jeder Grundofen benötigt eine gewisse Zeit, bis er seine volle Energie entfalten kann. Wird wie z.B. in einem Zelt oder auch z.B. in einem Wintergarten sofort Wärme benötigt, kann ein Warmluft- oder Schwedenofen die bessere Alternative sein.

Anschaffungspreis: Im Vergleich ist ein Grundofen durch den aufwendigen Aufbau im Kern (Arbeitszeit) und die grössere Menge an Material (Materialkosten) in der Anschaffung rund 20%-40% teurer als ein vergleichbarer Warmluft- bzw. Kamineinsatzofen. In der Langzeitbetrachtung und unter Einbezug der meist besseren Wirtschaftlichkeit, der langen Lebensdauer (mind. 20+ Jahre), des Zusatznutzen als Heizungsunterstützer und dem Unabhängigkeitsfaktor kann ein Grundofen durchaus sogar preiswerter sein. (Scheiben-)Design: Hier haben Kamineinsatzöfen gegenüber dem Grundofen, der nach dem Prinzip „Form follows Funktion“ geplant wird, Vorteile. Kamin- oder Eiseneinsatzöfen können aufgrund des geringen Gewichtes und dem Innenkorpus aus Metall vielseitiger im Design gebaut werden. Besonders grosse Sichtscheiben (Breite >80cm) oder über mehrere Ecken, oder auch zum „Hochschieben“ sind alles Bauformen, die bei einem Grundofen nicht ganz so frei umgesetzt werden können. Hier muss sich der Käufer entscheiden, wo der Fokus liegen soll.