Das Langzeitemissionsverhalten einiger in Vorarlberg in Betrieb stehender kleinerer Pellets-, Öl- und Gasheizungen
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Das Langzeitemissionsverhalten einiger in Vorarlberg in Betrieb stehender
kleinerer Pellets-, Öl- und Gasheizungen
1. Einleitung
Im Zuge der laufenden, stichprobenartig durchgeführten Emissionsüberwachung wer-
den, den einschlägigen Messvorschriften entsprechend, durchwegs nur weitgehend
stationäre Betriebsbedingungen erfasst (siehe auch Bericht: „Heizungsüberwachung in
Vorarlberg 1997-2007“; Internet: www.vorarlberg.at/Luftreinhaltung). Die Messdauer
beträgt bei den von den Kaminkehrern nach den rechtlichen Bestimmungen vorge-
nommenen Überprüfungen in der Regel ca. 2 bis 3 Minuten. Bezogen auf die gesamte
Betriebszeit derartiger Anlagen wird somit nur ein verschwindend kleiner Teil der ge-
samten Betriebsdauer erfasst. Trotz der kurzen Messdauer erscheinen unter der Vor-
aussetzung konstanter Betriebsbedingungen gewisse Rückschlüsse auf das Langzeit-
emissionsverhalten möglich.
Wesentliche Einschränkungen ergeben sich allerdings aus der Nichtberücksichtigung
instationärer Betriebsphasen. Tendenziell liegen deshalb die bei den Kurzzeitüber-
prüfungen erhobenen Messwerte für den lufthygienisch relevanten Indikator Kohlen-
stoffmonoxid (CO) – im Vergleich zu den Gesamtemissionen gesehen – zu niedrig.
Gleiches gilt auch für die Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen
(OGC) und Feinstäuben, die auch in hohem Ausmaß von der Güte der Verbrennung
abhängen. Auch einzelne Nachbarschaftsbeschwerden über Rauch-, Geruchs- und
Rußbelästigungen stehen mit dieser Problematik im Zusammenhang.
Um das tatsächliche Ausmaß instationärer Emissionsanteile besser beurteilen zu
können, wurden in den Jahren 2009 und 2010 (analog zu früher diesbezüglich durch-
geführten Untersuchungen an einigen größeren Hackgutfeuerungen) an einigen Anla-
gen ergänzende Langzeitmessungen mit einer Dauer von mehreren Stunden vorge-
nommen. Neben dieser primären Zielsetzung wurde mit den durchgeführten Lang-
zeitmessungen auch eine Evaluierung der bestehenden Mess- und Auswertevor-
schriften angestrebt. Dabei stand insbesondere die Frage „Ist auf Basis der Kurzzeit-
messung eine hinreichend zuverlässige Beurteilung der Grenzwerteinhaltung zumin-
dest für die maßgeblichen stationären Betriebsphasen möglich?“ im Vordergrund. In
Zusammenhang mit dieser Fragestellung sollte auch die Notwendigkeit und Zweck-
mäßigkeit der nach den geltenden Richtlinien für die Überprüfung von Heizungsanla-
gen festgelegten Toleranzmargen geprüft werden.
Abgesehen von den emissionsseitigen Fragestellungen können auf Grund der durchge-
führten Messungen ansatzweise auch energietechnische Aspekte bewertet werden,
wobei neben den direkt berechenbaren Abgasverlusten auch Hinweise auf die Bereit-
schaftsverluste aus den Messergebnissen ableitbar sind. Diese Punkte werden in der
vorliegenden Arbeit ebenfalls kurz berücksichtigt.
Amt der Vorarlberger Landesregierung Landhaus A-6901 Bregenz www.vorarlberg.at DVR 0058751
Tel: #43(0)5574/511-0 Fax: #43(0)5574/511-920095 E-Mail: amtdvlr@vorarlberg.at-2-
2. Kurzbeschreibung der ausgewählten Anlagen
Die Auswahl der untersuchten Anlagen erfolgte in Zusammenarbeit mit dem In-
nungsmeister der Kaminkehrer, Herrn Albert Lässer, wobei neben den technischen
Daten auch die praktischen Gegebenheiten berücksichtigt werden mussten. In der
nachstehenden Tabelle 1 werden die wichtigsten Anlage- und Betriebsdaten sowie die
jeweilige Messdauer aufgelistet:
Tabelle 1: Anlage- und Betriebsdaten der ausgewählten Anlagen
Anlage Fabrikat Nennheiz- Baujahr Brennstoff Messdauer
Nr Leistung [Stunden]
[kW]
1 A 12 1998 Holzpellets 24
2 A 12 1999 Holzpellets 18
3 B 15 2005 Holzpellets 16
4 B 11 2001 Holzpellets 25
5 C 15 2000 Holzpellets 17
6 C 15 2001 Holzpellets 22
7 D 15 2001 Holzpellets 24
1 E 11 2004 Erdgas 5
2 F 15 2006 Erdgas 22
3 G 18 2002 Erdgas 16
1 H 29 1999 Heizöl extra leicht 23
2 I 20 1999 Heizöl extra leicht 4
3 H 18 2003 Heizöl extra leicht 22
1 J 18 1986 Erdgas 7
2 K 38 1980 Erdgas 4
3 J 24 1988 Erdgas 6
1 L 17 1987 Heizöl extra leicht 5
2 M 18 1987 Heizöl extra leicht 24
3 N 23 1973 Heizöl extra leicht 9
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, war bei einigen Öl- und Gasheizungen die Messdauer
vergleichsweise kurz und beinhaltet keine Nachtstunden. In Hinblick auf die Beurtei-
lung des Emissionsverhaltens ist dies jedoch ohne Bedeutung, da die Anzahl der insta-
tionären Betriebsphasen auch in diesen Fällen ausreichend groß ist. Lediglich bei der
energietechnischen Bewertung ergeben sich dadurch gewisse, im Vergleich zu den
übrigen Unsicherheiten gesehen, aber vernachlässigbare Einschränkungen. Im Übrigen
ist noch bemerkenswert, dass in einigen Kategorien (Pellets, Heizöl extra leicht – Neu-
anlagen und Erdgas – Altanlagen) gleiche Fabrikate vertreten sind. Dies wurde ab-
sichtlich so ausgewählt, um allenfalls dadurch zu erwartende gleichartige Emissions-
verläufe in die Auswertung einbeziehen zu können.-3- 3. Messtechnik und Datenauswertung Die Erfassung der Emissions- und Betriebsdaten erfolgte mit einem zeitlich hoch auf- lösenden kontinuierlich registrierenden Messgerät, wobei jeweils 10 Sekundenwerte ermittelt wurden. Neben CO (Messprinzip Infrarotabsorption) wurden auch verschie- dene Betriebsdaten (z.B.: O2, Abgastemperaturen.. ) erfasst. Keine Messinformationen sind für die unterschiedlichen Abgasgeschwindigkeiten verfügbar. Die hiefür erforder- liche genaue Messung sehr niedriger Geschwindigkeiten bei gleichzeitig vielfach ge- gebenen hohen Temperaturen ist ein messtechnisch immer noch ungelöstes Problem. In Folge des Fehlens dieser wichtigen Bezugsgröße müssen insbesondere bei der Ab- schätzung der instationären Emissionsanteile beachtliche Unschärfen in Rechnung ge- stellt werden. Insbesondere kommt dies bei Anlagen, die mit komplexen Regelungs- systemen (mehrstufige oder modulierende Betriebsweise) ausgestattet sind, zum Tra- gen. Hinzu kommen bei einzelnen Anlagen auch in Stillstandsphasen feststellbare ho- he Emissionskonzentrationen, die auf Grund der – im Vergleich zum Normalbetrieb gesehen – wesentlich niedrigeren Abgasmengen nicht linear in Rechnung gestellt wer- den dürfen. Auch die bei der gegebenen Fragestellung notwendige Abgrenzung zwischen stationä- ren und instationären Betriebszuständen erwies sich auf Basis der diesbezüglich ver- fügbaren Regelungen nicht einfach. Bei den Pelletsheizungen konnte mit Ausnahme der Anlage 1, Fabrikat A der gemäß Ö-Norm M 7510-4 festgelegte O2-Wert von 15,0 Vol % herangezogen werden, wobei bei Messwerten unter 15,0 % von stationären Be- dingungen ausgegangen wurde. Darüber hinaus ist bei einfachen Überprüfungen von Pelletsheizungen gemäß den derzeit geltenden „Richtlinien für die Überprüfung von Heizungsanlagen“ eine Wartezeit zwischen Brennerstart und Messbeginn von mindes- tens 5 Minuten zu beachten. Die in dieser Zeitspanne ermittelten Messwerte sind, ob- wohl überwiegend unter 15,0 Vol %, somit definitionsgemäß den instationären, bei den einfachen Überprüfungen nicht zu bewertenden Bedingungen zuzuordnen. Bei den Öl- und Gasheizungen sind die entsprechenden Regelungen noch weniger zu- friedenstellend als bei den Holzheizungen. Gemäß Ö-Norm M 7510-2 sind die einfa- chen Überprüfungen lediglich bei bestimmungsgemäßem Betrieb (Betrieb gemäß Be- dienungsanleitung des Herstellers) durchzuführen. Unter zusätzlicher Berücksichti- gung der Feuerungsanlagenverordnung (FAV – BGBl II 331/1997), die eigentlich nur für gewerbliche Betriebsanlagen über 50 kW gültig ist, müssen dem üblichen techni- schen Verständnis entsprechend auch An- und Abfahrphasen ausgeklammert werden (bei Holz ist dies durch die „15 %-Regel“ gegeben). Nach den „Richtlinien für die Überprüfung von Heizungsanlagen“ gilt für diese Anlagen zudem eine Wartezeit zwi- schen Brennerstart und Messbeginn von mindestens einer Minute. Mit dieser Vor- schrift wurden bei den 12 untersuchten Öl- und Gasheizungen die jeweils 30 bis 40 Sekunden dauernden Anfahrspitzen aus der Bewertung „stationär“ vollständig ausge- blendet. Da in der FAV für die wiederkehrenden Prüfungen von Öl- und Gasfeuerun- gen zudem eine Messung bis zur Messwertkonstanz gefordert wird, wurden – abwei- chend von den Holzheizungen – nur Betriebsphasen mit weitgehend konstanten O2- Werten als „stationär“ bewertet. Eine CO-Messwertkonstanz war in einigen Fällen
-4- allerdings nicht gegeben. Diese Forderung der FAV erwies sich somit nicht immer als anwendbar. Auch beim Parameter O2 war diese Forderung in Einzelfällen nur nähe- rungsweise erfüllbar. Um die ermittelten Daten mit Grenzwerten vergleichen zu können, ist eine Umrech- nung auf normierte O2-Bezugswerte (Öl- und Gas 3 %; Holz 13 %) erforderlich. Diese Umrechnung muss sinnvoller Weise auf stationäre Betriebsphasen beschränkt werden. Bei instationären Betriebsbedingungen, die vielfach mit sehr hohen O2-Werten ver- knüpft sind, ergäbe sich dadurch eine wesentliche Überschätzung der Emissionsmen- gen. Bei diesen Bedingungen kommt bei einer Normierung überdies eine große, mit der Ungenauigkeit der O2-Messung verbundene Unsicherheit hinzu. Für den in dieser Arbeit primär wichtigen Vergleich stationär/instationär wurden deshalb die in ppm ermittelten Daten, aus denen die erforderlichen Kennzahlen errechnet wurden, ver- wendet. Als weiterer Punkt ist die ebenfalls notwendige Abgrenzung instationär/Stillstand zu nennen. Hiefür wurde im Allgemeinen eine O2-Konzentration von 20,0 Vol % einge- setzt. Lediglich bei den mit Feuererhaltungssystemen betriebenen Pelletsheizungen konnte diese Abgrenzung nach näherer Sichtung der Messdaten nicht verwendet wer- den. Hier konnte der beim Abschalten des Ventilators deutlich erkennbare Knick im Verlauf der Abgastemperaturen als Kriterium herangezogen werden. Auf den Anhang, in dem die Ergebnisse der einzelnen Anlagen näher beschrieben werden, wird in die- sem Zusammenhang hingewiesen. Abgesehen von den genannten Systemen kann diese Abgrenzung als weitgehend unproblematisch bewertet werden, da die Änderung der O2-Konzentrationen sowohl beim An- als auch beim Abfahren durchwegs sehr schnell erfolgt und meist nur wenige Einzelwerte umfasst. Einschränkend ist allerdings bei vielen Anlagen auf die sehr häufigen An- und Abschaltphasen hinzuweisen. 4. Ergebnisse Ausgehend von den skizzierten Fragestellungen werden die Ergebnisse im Folgenden vorerst entsprechend gegliedert dargestellt. Wegen der unterschiedlichen Auswertesys- teme, die auf Grund der abweichenden Regelungen und auch wegen der technischen Voraussetzungen angewendet werden mussten, werden die Ergebnisse für die Brenn- stoffe Holzpellets sowie für Öl und Gas zudem vorerst ebenfalls getrennt angeführt. Im Übrigen wird auch auf den Anhang verwiesen, in dem auch auf die wichtigsten Details eingegangen wird. 4.1 Abschätzung der instationären Emissionsanteile 4.1.1 Holzpellets Einen ersten Überblick über die Emissionen vermittelt die nachstehende Abbildung 1, in der die aus den vorliegenden Messwerten ableitbaren Emissionsfaktoren für die Leitsubstanz CO dargestellt sind. Mit Hinweis auf die obigen Ausführungen ist dabei
-5-
anzumerken, dass die für die Kategorie „instationär“ ausgewiesenen Werte lediglich
als orientierende Größenordnungen betrachtet werden können.
Abbildung 1: CO-Emissionsfaktoren – Betriebsbedingungen
CO-Emissionsfaktoren Holzpellets
600
500
400
mg/MJ
instationär
300
stationär
200
100
0
Nr 1 A Nr 2 A Nr 3 B Nr 3 B* Nr 4 B Nr 4 B* Nr 5 C Nr 6 C Nr 6 C** Nr 7 D
Anlage Nr/Fabrikat
* Auswertung gemäß Richtlinie für die Überprüfung von Heizungsanlagen
** Auswertung ohne automatische Abreinigung
Während die Gesamtemissionsfaktoren in etwa in 2 Gruppen (relativ hoch – Anlagen
Nr 1, 3, 4 und 7; vergleichsweise niedrig Nr 2, 5 und 6) eingeteilt werden können, zei-
gen die der Kategorie „instationär“ zuzuordnenden Anteile auch unter Berücksichti-
gung der methodisch bedingten Einschränkungen doch beachtliche Unterschiede. Bei
Anlage Nr 1 ist zu betonen, dass die zum Zeitpunkt der Messungen gegebene Be-
triebsweise mit einem mehrstündigen durchgehenden Betrieb doch als eher atypisch
für eine Heizungsanlage einzustufen ist und somit für einen Vergleich statio-
när/instationär nur bedingt geeignet erscheint. Auffallend ist auch der im Vergleich zu
Anlage Nr 2 (gleiches Fabrikat) wesentlich höhere „stationäre“ Anteil, welcher mit
einer nicht optimalen Einstellung in Zusammenhang steht.
Bei den Anlagen des Fabrikates B zeigte sich insofern eine Besonderheit, als kurz nach
dem Start ein Absinken der O2-Werte in tiefe Bereiche festzustellen war. Der damit
verbundene, durch entsprechende Einstellung weitgehend vermeidbare starke Anstieg
der CO-Werte wäre – dem üblichen technischen Verständnis entsprechend – eher der
Kategorie „stationär“ zuzuordnen. Bei der gemäß Richtlinie erforderlichen Wartezeit
von mindestens 5 Minuten (ab Brennerstart) sind diese Phasen aber überwiegend als
instationär zu bewerten. Besonders ausgeprägt ist dies bei der Anlage Nr 3. Bei der
baugleichen Anlage Nr 4 kommt diese Unsicherheit in Folge der besseren Einstellung
nur abgeschwächt zum Tragen. Eine ähnliche, bei den insgesamt niedrigen Emissi-
onswerten allerdings wenig bedeutsame Problematik zeigt sich auch bei Anlage Nr 6,-6-
bei der sich bei Einbeziehung der Abreinigung in die Kategorie „stationär“ merklich
geringere instationäre Anteile ergeben.
Die mit ca 75 % der Gesamtemissionen höchsten instationären Anteile waren bei An-
lage Nr 7 (Fabrikat D) festzustellen. Dabei waren sowohl bei den häufigen Starts
(teilweise mit hohen CO-Spitzen) als auch in den Abschaltphasen über längere Zeit-
räume (siehe auch Anhang) hohe O2-Werte zu registrieren. In den relativ kurzen stati-
onären Phasen waren – ähnlich wie bei den Anlagen Nr 2, 5 und 6 gute Verbrennungs-
bedingungen mit niedrigen CO-Konzentrationen zu verzeichnen.
Insgesamt kann aus den vorliegenden Messreihen in etwa ein instätionärer Anteil von
durchschnittlich ca 50 % abgeschätzt werden. Dabei ist die Bandbreite mit ca 25 bis 75
% relativen Anteilen ziemlich groß. Dies bedeutet, dass bei den üblichen Kurzzeit-
überprüfungen ähnliche Emissionsanteile nicht bewertet werden.
4.1.2 Öl- und Gasheizungen
Ausgehend von den in Abschnitt 3 definierten Bedingungen für den Betriebszustand
„stationär“ resultieren für diese Anlagen zwangsläufig höhere relative Emissionsantei-
le, die als „instationär“ zu bezeichnen sind. Dies ist auch aus der nachstehenden Ab-
bildung 2 ersichtlich, in der die Ergebnisse zusammengefasst sind.
Abbildung 2: CO-Emissionsfaktoren – Betriebsbedingungen
CO-Emissionsfaktoren Öl- und Gasheizungen
50,0
45,0
40,0
35,0
30,0
mg/MJ
instationär
25,0
stationär
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
1EGn 2FGn 3GGn 1HHn 2IHn 3HHn 1JGa 2KGa 3JGa 1LHa 2MHa 3NHa
Anlage Nr/Fabrikat/Brennstoff/Alterskategorie
Auffallend ist der extrem hohe instationäre Anteil bei der alten Ölheizung Nr 1 (Fabri-
kat L). Dieser ist auf die unkontrollierte Verbrennung von Brennstoffresten, die nach
dem Abschalten des Brenners noch im Feuerraum vorhanden sind, zurückzuführen.
Ein ähnlicher Effekt war in abgeschwächter Form auch bei der „uralten“ Ölheizung Nr-7- 3 zu beobachten. Der ebenfalls hohe instationäre Anteil der alten Gasheizung Nr 1 ist hingegen primär auf die zahlreichen, relativ lang andauernden An- und Abfahrspitzen (je ca 12 pro Stunde) zurückzuführen, wobei gerade in diesem Fall die Abgrenzung stationär/instationär nur mit erheblichen Unschärfen möglich ist (siehe auch Anhang). Interessant erscheint in diesem Zusammenhang, dass bei der technisch vergleichbaren Anlage Nr 3 (Fabrikat J; Gas alt) trotz ebenfalls hoher O2-Werte (ca 16 %) praktisch keine CO-Emissionen festzustellen waren. Die Ursache für diesen Unterschied konnte im Rahmen dieser Untersuchung nicht geklärt werden. Bemerkenswert erscheinen auch die in Abbildung 2 ersichtlichen, relativ hohen statio- nären CO-Emissionen der neuen Gasheizungen 2 und 3. Bei Anlage 3, die mit Abstand die höchsten stationären CO-Emissionen aller untersuchten Öl- und Gasheizungen aufweist, ist die Ursache primär in Zusammenhang mit der komplexen Regelung zu suchen. Gleiches gilt abgeschwächt auch für Anlage 2, bei der in einzelnen Betriebs- phasen auch relativ stark schwankende CO-Werte zu registrieren waren. Trotz der auffallenden Unterschiede zwischen einigen Öl- und Gasheizungen ist insge- samt festzuhalten, dass die CO-Emissionen der untersuchten Anlagen deutlich unter den Vergleichswerten der Holzpelletsheizungen liegen. Bei der Hälfte der Anlagen (alle 3 neuen Ölheizungen, 2 alte und eine neue Gasheizung) können die CO- Emissionen, die auch bei Einbeziehung der instationären Anteile unter 10 mg/MJ lie- gen, als vernachlässigbar bezeichnet werden. Im Mittel errechnet sich für alle Öl- und Gasheizungen ein eher überraschend niedriger instationärer Anteil von ca 55 %. Ten- denziell zeigen die alten Ölheizungen die höchsten instationären Anteile, wobei in Einzelfällen Werte über 90 % in Rechnung zu stellen sind. Eine gesicherte diesbezüg- liche Aussage ist in Anbetracht der geringen Anzahl und der erheblichen Differenzie- rungen im Emissionsverhalten allerdings nicht möglich. Auch eine Ableitung von all- gemein gültigen Emissionsfaktoren erscheint aus den gleichen Gründen nicht vertret- bar. Eindeutig bestätigt wird durch die vorliegende Untersuchung dennoch, dass die durch Öl- und Gasfeuerungen verursachten Emissionen von unverbrannten Anteilen auch unter Einbeziehung der instationären Betriebsphasen im Vergleich zu händisch beschickten Holzfeuerungen, bei denen je nach Alter und Kontrollstatus durchschnitt- liche Emissionsfaktoren zwischen 1000 und 4000 mg CO/MJ in Rechnung zu stellen sind (siehe auch oben genannte Internetanschrift), als untergeordnet zu bewerten sind. 4.2 Evaluierung der bestehenden Mess- und Auswertevorschriften Diese Fragestellung kann nur in Hinblick auf stationäre Betriebsbedingungen behandelt werden, wobei die für diese Bedingungen definierten Grenzwerte auch als wichtiges Kriterium berücksichtigt werden müssen. Erschwert wird die Beantwortung dieser Frage durch die bereits aufgezeigte, mitunter problematische Abgrenzung der Betriebszustände stationär/instationär. Aus den in Abschnitt 4 einleitend genannten Gründen werden die Ergebnisse wieder entsprechend getrennt angeführt. Neben dem Indikator CO wird in diesem Teil auch auf die Abgasverluste eingegangen.
-8-
4.2.1 Kohlenstoffmonoxid (CO)
Als Maßstab für die Beurteilung der Zuverlässigkeit der Grenzwerteinhaltung werden
die üblichen statistischen Kenngrößen Mittelwert und Standardabweichung, die aus
allen Einzelwerten, die nach Durchsicht der einzelnen Messreihen nach den Kriterien
gemäß Abschnitt 3 den stationären Betriebszuständen zugeordnet werden können, be-
rechnet wurden, verwendet. In Hinblick auf die Grenzwerteinhaltung kann aus der Re-
chengröße „Mittelwert + zweifache Standardabweichung“ eine hohe Sicherheit (Wahr-
scheinlichkeit ca 95 %) abgeleitet werden. Für den Brennstoff Holzpellets ergibt sich
dabei das in der folgenden Abbildung 3 ersichtliche Bild. Wie in Abbildung 1 werden
dabei bei den Anlagen Nr 3, Nr 4 und Nr 6 unterschiedliche Auswertungen berück-
sichtigt.
Abbildung 3: Holzpellets – Messwerte im Vergleich zum geltenden Grenzwert
Pellets "stationär" - Streuung der CO-Messwerte
2500
2000
mg/Nm³ [13 % O2]
1500
MW stationär
Grenzw+Toleranz
95 % Schwelle
1000
500
0
Nr 1 A Nr 2 A Nr 3 B Nr 3 B* Nr 4 B Nr 4 B* Nr 5 C Nr 6 C Nr 6 C** Nr 7 D
Anlage Nr/Fabrikat
* Auswertung gemäß Richtlinie für die Überprüfung von Heizungsanlagen
** Auswertung ohne automatische Abreinigung
Wie ersichtlich liegen alle Mittelwerte deutlich unter dem geltenden Grenzwert. Auch
unter Berücksichtigung der Streuung der Messwerte kann bei den derzeit geltenden
Regelungen eine Grenzwertüberschreitung mit mehr als 95 %-iger Wahrscheinlichkeit
ausgeschlossen werden kann. Bei einer Auswertung nach Ö-Norm M 7510-4 ist diese
Wahrscheinlichkeit deutlich kleiner. In diesem Fall, der die Interessen der Luftreinhal-
tung besser berücksichtigt, wäre somit bei einer Kurzzeitmessung eine falsch positive
Fehlbeurteilung durchaus wahrscheinlich. Da dem üblichen Grenzwertverständnis ent-
sprechend bei einem positiven Prüfbefund eine weitgehend gesicherte Einhaltung vor-
ausgesetzt wird und da – wie bereits erwähnt – eine Vermeidung dieser phasenweise
sehr hohen Emissionen (insbesondere bei Anlage 3) mit einfachen Mitteln erreichbar
erscheint, muss eine derartige Fehlbeurteilung grundsätzlich kritisch betrachtet wer--9-
den. Dies umso mehr, als der aktuelle Grenzwert – gemessen am Stand der Technik –
doch als sehr moderat zu bezeichnen ist. Durch eine Änderung der Richtlinie (Strei-
chung des Toleranzbereichs – dies entspricht einer Absenkung des effektiven Grenz-
wertes von 1500 auf 1000 mg/Nm³ und Anwendung der 15 %-O2-Regelung anstelle
der Wartezeit von 5 Minuten) wäre diese im Interesse der Luftreinhaltung wün-
schenswerte Verschärfung einfach möglich. Damit könnten nicht nur bei den Anlagen
3 und 4 sondern eventuell auch bei Anlage 1 Verbesserungen erreicht werden. Ein-
schränkend ist an dieser Stelle allerdings anzumerken, dass doch eine beachtliche An-
zahl von Pelletsheizungen mit O2-Werten über 15 % (insbesondere bei häufig gegebe-
nen niedrigen Laststufen) betrieben wird. Bei diesen Anlagen bzw Betriebszuständen
wäre somit eine Emissionsbewertung des tatsächlichen Ist-Zustandes nicht mehr mög-
lich. Da einerseits ein Verzicht auf eine Überprüfung eines derartigen Betriebszustan-
des nicht mit den Bestrebungen zur Luftreinhaltung vereinbar ist und da andererseits
eine verpflichtende Beseitigung solcher Betriebszustände nicht durchsetzbar ist, müss-
te in Hinblick auf eine praktikable Regelung abweichend von der Ö-Norm der O2-Wert
auf 17 bzw eventuell auch auf 18 % angehoben werden.
Besonders deutlich kommt die auf Basis von Kurzzeitmessungen gegebene Problema-
tik der Emissionsbewertung bei Anlage 1 zum Ausdruck. In der folgenden Abbildung
4 ist dies am Beispiel eines ca 3-stündigen Zeitintervalls dargestellt:
Abbildung 4: Anlage 1; Zeitverlauf CO, O2 und Abgastemperaturen
Anlage A 1 "stationär"
350
300
250
200
150
100
50
0
21 7
21 7
21 7
21 7
21 7
21 7
21 7
22 7
22 7
22 7
22 7
22 7
22 7
22 7
22 7
23 7
23 7
23 7
23 7
23 7
23 7
23 7
23 7
00 7
07
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0
3
0:
7:
5:
2:
0:
7:
5:
2:
0:
7:
5:
2:
0:
7:
5:
2:
0:
7:
5:
2:
0:
7:
5:
2:
0:
:0
:0
:1
:2
:3
:3
:4
:5
:0
:0
:1
:2
:3
:3
:4
:5
:0
:0
:1
:2
:3
:3
:4
:5
:0
21
Temp-Gas [°C] O2*10 CO mg 13 %/10
Wie ersichtlich zeigt sich bei den mehrfachen Rückregelungen (erkennbar am Absin-
ken der Abgastemperaturen und dem Anstieg der O2-Werte) jeweils ein Anstieg der
CO-Werte auf Bereiche, die knapp über dem derzeit geltenden Grenzwert liegen.
Während bei Anwendung der 15-%-Regel diese Spitzen auszublenden bzw dem (nicht
zu bewertenden) Zustand „instationär“ zuzuordnen wären, resultiert nach derzeitiger- 10 -
Regelung eine Bewertung, die als „wenig wahrscheinliche Grenzwertüberschreitung“
bezeichnet werden kann. Bei der zur Diskussion gestellten Streichung des Toleranzbe-
reiches ist hingegen die Feststellung einer Überschreitung durchaus möglich; die „Di-
agnose“ Grenzwerteinhaltung ist gemäß dem Zufallsprinzip jedoch wesentlich wahr-
scheinlicher. Bei Anwendung der Ö-Norm M 7510-4 wäre hingegen auch beim tiefe-
ren Grenzwert eindeutig eine Einhaltung festzuhalten.
Die bei 3 von 7 Anlagen (bei 4 Anlagen ergibt sich auch unter Berücksichtigung der
zeitlichen Schwankungen eine eindeutige Grenzwerteinhaltung) aufgezeigten Bewer-
tungsprobleme müssen insgesamt doch als wenig zufriedenstellend bezeichnet werden.
Zu betonen ist dabei, dass diese Probleme nur bei der aus lufthygienischer Sicht wün-
schenswerten Verschärfung der Regelungen zum Tragen kommen. Bei den derzeit gel-
tenden Vorschriften kann im Einklang mit den von den Kaminkehrern ermittelten Er-
gebnissen, die bei den Pelletsheizungen CO-Beanstandungsquoten von lediglich ca 3
% (ermittelt aus ca 1000 Messungen in den letzten 2 Messperioden) zeigen, bei allen
Anlagen eine Erfüllung der diesbezüglich festgelegten Mindestanforderungen fest-
gehalten werden. Die dabei in Kauf genommene Ausklammerung lufthygienisch prob-
lematischer Betriebszustände muss allerdings kritisch angemerkt werden. Dem übli-
chen Grenzwertverständnis entsprechend (weitgehende Einhaltung sollte in allen [zu-
mindest stationären] Betriebsphasen gesichert sein) müsste eine Überarbeitung der
Messvorschriften gefordert werden.
In analoger Form wurden auch die bei den Öl- und Gasheizungen ermittelten Messrei-
hen ausgewertet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Abbildung 5 zusammengestellt.
Abbildung 5: Öl- und Gasheizungen – Messwerte im Vergleich zum Grenzwert
Öl- und Gas "stationär"- Streuung der CO-Messwerte
300
250
200
mg/Nm³ (3 % O2)
MW stationär
150 Grenzw+Toleranz
95 % Schwelle
100
50
0
1EGn 2FGn 3GGn 1HHn 2IHn 3HHn 1JGa 2KGa 3JGa 1LHa 2MHa 3NHa
Anlage Nr/Fabrikat/Brennstoff/Alterskategorie- 11 -
Wie ersichtlich sind die Streuungen erwartungsgemäß deutlich geringer als bei den mit
Holzpellets betriebenen Anlagen. Als einzige Ausnahme, bei der eine Einhaltung des
im Vergleich zu den Pelletsheizungen gesehen wesentlich niedrigeren (ca 1/20)
Grenzwertes nicht gesichert erscheint, ist die neue Gasheizung Nr 3 zu nennen, bei der
im Zuge der periodischen Kurzzeitprüfung eine Zufalls bedingte Fehlbewertung doch
mit einer beachtlichen Wahrscheinlichkeit möglich ist. Bei dem, dem üblichen Ver-
ständnis entsprechenden Anforderungsfall „Grenzwert muss mit hoher Sicherheit in
möglichst allen (zumindest stationären) Betriebsphasen eingehalten werden“ ist somit
in diesem Fall eine relativ große Unsicherheit gegeben. Dabei kann in etwa abge-
schätzt werden, dass bei 100 Messungen in 70 Fällen die Anlage als „Grenzwert ein-
gehalten“ bewertet wird und in 30 Fällen das Gegenteil festgestellt wird. Die bei dieser
Anlage in Rechnung zu stellende mangelhafte Repräsentanz der Kurzzeitprüfung steht
– wie bereits oben erwähnt – mit der komplexen Regelung und damit verbunden auch
mit einer in Hinblick auf die Minimierung unvollständig verbrannter Abgasanteile
nicht optimalen Einstellung in Zusammenhang.
4.2.2 Abgasverluste (AV)
Da auch dieses Beurteilungskriterium während des Betriebs keine konstanten Werte
aufweist, wird im Folgenden auch für diesen Parameter versucht, die mit der Streuung
der Messwerte verbundene Unsicherheit der periodischen Kurzzeitmessung abzuschät-
zen. Bei den untersuchten Pelletsheizungen zeigt sich dabei bei Einsatz der gleichen
Methodik wie bei CO folgendes Bild (Abbildung 6).
Abbildung 6: Holzpellets; Abgasverluste im Vergleich zum Grenzwert
Holzpellets Abgasverluste Streuung der Messwerte (stationär)
45
40
35
30
AV MW stationär
25
Grenzwert
%
95 % Untergrenze
20
95 % Obergrenze
15
10
5
0
Nr 1 A Nr 2 A Nr 3 B Nr 4 B Nr 5 C Nr 6 C Nr 7 D
Anlage Nr/Fabrikat
Auffallend sind die, vermutlich in Folge mangelhafter Wartung stark von den anderen
Anlagen abweichenden Werte der Anlage Nr 1, bei der neben dem hohen Mittelwert- 12 -
auch die enorme Streuung der Messwerte zu erwähnen ist. Unter Berücksichtigung der
angeführten Untergrenze ist bei dieser Anlage auch eine geringe Wahrscheinlichkeit
(ca 10 %) einer falsch positiven Bewertung denkbar. Bei allen anderen Anlagen wird
der sehr moderate Grenzwert deutlich eingehalten. Bei der aus technischer Sicht ver-
tretbaren Streichung des Toleranzbereichs, entsprechend einer Absenkung des effekti-
ven Grenzwertes auf maximal 20,0 %, erscheint auch bei Anlage Nr 2 die Einhaltung
nicht ganz gesichert. Im Übrigen ist zu betonen, dass bei den Anlagen 2 bis 7 die
Streubereiche ziemlich einheitlich mit ca +/- 2,5 %-Punkten quantifizierbar sind. Dar-
aus erscheint ableitbar, dass im Gegensatz zum CO nur bei einem vergleichsweise
kleinen Teil der periodischen Überprüfungen Fehlbewertungen in Rechnung zu stellen
sind. Dieser beträgt derzeit ca 2 % und würde bei der zur Diskussion gestellten Ver-
schärfung der Grenzwerte auf ca 6 % ansteigen. Diese geringe, auch mit einem An-
stieg der Beanstandungsquoten von derzeit 3 auf ca 6 % verknüpfte zusätzliche Unsi-
cherheit erscheint in Anbetracht der erwartbaren energietechnischen Verbesserungen
aber durchaus akzeptabel.
Für die Öl- und Gasheizungen ergibt sich das aus der folgenden Abbildung 7 ersichtli-
che Bild.
Abbildung 7: Öl- und Gasheizungen; Abgasverluste im Vergleich zum Grenzwert
Öl- und Gasheizungen Abgasverluste - Streuung der Messwerte
14
12
10
8 AV MW stationär
Grenzwert
%
95 % Untergrenze
6 95 % Obergrenze
4
2
0
1EGn 2FGn 3GGn 1HHn 2IHn 3HHn 1JGa 2KGa 3JGa 1LHa 2MHa 3NHa
Anlage Nr/Fabrikat/Brennstoff/Alterskategorie
Während bei den mit Brennwerttechnik ausgestatteten neuen Gasheizungen die Ab-
gasverluste kein Thema sind, war bei der alten Gasheizung Nr 1 eine signifikante
Überschreitung der vergleichsweise strengen Begrenzung festzustellen. Die neue Öl-
heizung Nr 1 liegt im Grenzwertbereich, wobei eine Überschreitung (ca 70 % der bei
stationären Betriebsbedingungen ermittelten Werte) als wahrscheinlicher zu bezeich-
nen ist. Bei dieser Anlage erscheint im Gegensatz zu den 11 anderen Heizungen eine
falsch positive Bewertung bei einer Kurzzeitmessung konkret möglich. Dies umso- 13 - mehr, als die periodischen Überprüfungen vielfach am Anfang der stationären Phasen, bei denen die Abgastemperaturen durchwegs niedriger sind (siehe auch Anhang), durchgeführt werden. Etwas überraschend ist festzuhalten, dass alle 3 alten Ölheizun- gen signifikant unter dem Grenzwert lagen. Zu beachten ist selbstverständlich, dass die Anzahl der Messreihen für allgemeine diesbezügliche Aussagen zu gering ist. Obwohl aus Abbildung 7 eine gewisse Differenzierung der Streubereiche abzuleiten ist, wobei tendenziell die älteren Anlagen etwas größere Schwankungsbreiten aufwei- sen, können insgesamt die Unsicherheitsbereiche doch mit ca 1 bis 2 %-Punkten auf einen relativ schmalen Bereich eingegrenzt werden. Dennoch muss in Anbetracht der großen Häufigkeit von Messwerten, die im Unsicherheitsbereich liegen (zB Messperi- ode 08/09 2320 [davon 1320 Altanlagen] von 13032 Messungen an kleinen Ölheizun- gen) von einem beachtlichen Anteil an überwiegend falsch positiv bewerteten Anlagen ausgegangen werden. Bei den Gasheizungen ist dieser Anteil wesentlich niedriger, da ein großer Teil der Anlagen auf neuere Brennwertgeräte entfällt. Auch bei einer Ein- beziehung der in diesen Untersuchungen nicht erfassten Gasheizungen mit atmosphä- rischen Brennern, bei denen mit einiger Sicherheit ein ähnlicher Verlauf der Abgasver- luste erwartet werden kann, resultiert lediglich ein Anteil von ca 5 % aller Anlagen, bei denen diesbezüglich eine unsichere Bewertung in Rechnung zu stellen ist. Zum Vergleich: Bei Heizöl extra leicht errechnet sich aus den oben genannten Zahlen ein Wert von ca 18 %. Diese Prozentsätze müssen als Obergrenze betrachtet werden, da der Berechnung ein relativ großer Streubereich (Messwerte zwischen 8,5 und 10,5 %) zu Grunde gelegt wurde. Einiger Maßen realistisch erscheinen Zahlen, die etwa die Hälfte der genannten Werte betragen. 4.3 Stickstoffoxide (NOx): Diese primär vom Stickstoffgehalt des Brennstoffes abhängigen Emissionen wurden im Zuge dieser Untersuchungen quasi miterfasst, wobei im Allgemeinen der bei die- sem Programm im Vordergrund stehende Einfluss wechselnder Betriebsbedingungen erfahrungsgemäß von vergleichsweise geringer Bedeutung ist. Dementsprechend wa- ren bei eindeutig stationären Betriebszuständen die weitgehend bekannten Kennzahlen (Pellets 90 bis 100; Heizöl extra leicht – Altanlagen ca 45, Neuanlagen ca 35 und Erd- gas Gebläse alt ca 20 sowie Erdgas Gebläse neu ca 10 mg/MJ) festzustellen. Ebenfalls bekannt ist der Umstand, dass bei unvollständigen Verbrennungsprozessen die NOx-Emissionen niedriger sind als bei guten Verbrennungsbedingungen. Während bei den meisten Anlagen dieser Einfluss auch bei einer Einbeziehung der instationären Bedingungen nur geringfügig (Absenkung der Mittelwerte um ca 5 bis 10 %) zum Tragen kommt, erscheinen 2 Ausnahmen erwähnenswert. An erster Stelle sind dabei die neuen Gasheizungen Nr 2 und insbesondere Nr 3 hervorzuheben, bei denen auch unter stationären Bedingungen bei gleichzeitig gegebenen merklichen CO-Emissionen (siehe oben) phasenweise keine NOx-Emissionen festzustellen waren. Die an sich schon niedrigen Emissionswerte der kleinen mit Erdgas betriebenen Brennwertgeräte werden in diesen Fällen dadurch nochmals deutlich reduziert (Anlage 2 auf ca 5 mg/MJ; Anlage 3 in den Bereich der Nachweisgrenze – ca 2 mg/MJ). Als zweite Aus-
- 14 - nahme ist die Pelletsheizung Nr 7 zu erwähnen, bei der in Folge der vergleichsweise lang andauernden instationären Betriebsphasen mit hohen CO-Werten eine Absenkung der NOx-Emissionen um ca 30 % abgeschätzt werden kann. 4.4 Sonstige Verluste: Diese energietechnisch betrachtet wichtige Fragestellung kann auf Basis der vorlie- genden Daten nur qualitativ bewertet werden. Neben den nicht erfassten Abstrah- lungsverlusten müssen dabei die bei instationären Betriebszuständen gegebenen Ab- gasverluste sowie vor Allem die Bereitschaftsverluste berücksichtigt werden. Für die bei instationären Betriebszuständen gegebenen Abgasverluste liegen zwar zahlreiche Rechenwerte vor. Diese können jedoch aus den in Abschnitt 3 genannten Gründen nicht ohne Weiteres als Beurteilungsgrundlage verwendet werden. Bei den Pelletsheizungen kann jedoch festgehalten werden, dass bei den Anlagen Nr 1, 5 und 6 die zusätzlichen Abgasverluste vernachlässigt werden können, da die instationären Betriebsphasen weniger als 5 % der gesamten Betriebszeit betragen. Bei den anderen Pelletsanlagen erreichen die instationären Betriebszustände Zeitanteile von 20 bis 50 % der gesamten Betriebszeit. Da in diesen Phasen die Abgasverluste doch deutlich über den bei stationären Bedingungen erfassten Werten liegen, muss für die gesamten Abgasverluste als Größenordnung ein Anstieg von 2 bis 4 %-Punkten in Rechnung gestellt werden. Für die Pelletsheizungen Nr 2 und 3 resultieren somit effektive Ab- gasverluste von ca 20 bzw ca 11 %. Bei den Anlagen Nr 4 und 7 können näherungs- weise Werte von 14 bzw 12 % eingesetzt werden. Bei den Öl- und Gasheizungen ergibt sich bei dieser Auswertung eine relativ starke Differenzierung. Während bei den neuen Gas-Brennwertgeräten auf Grund der niedri- gen Abgastemperaturen und auch in Folge der kurzen Betriebszeiten, die als instatio- när zu bezeichnen sind, erwartungsgemäß keine Korrektur erforderlich ist, muss bei den meisten übrigen Heizungen ein ähnlicher Anstieg der effektiven Abgasverluste wie bei den Pelletsheizungen in Rechnung gestellt werden. Als Ausnahmen sind die Anlagen Nr 1 (Heizöl neu), Nr 3 (Gas alt) und Nr 2 (Heizöl alt) zu nennen, bei denen primär der rasche Anstieg der O2-Werte nach dem Abschalten des Brenners zu ledig- lich sehr kurzen instationären Phasen beiträgt und bei denen somit kein nennenswerter diesbezüglicher Einfluss anzunehmen ist. Besonders ausgeprägt ist der eher träge An- stieg bei der Anlage Nr 2 (Gas alt), bei der wie bei Anlage Nr 3 (Heizöl alt) ein An- stieg der durchschnittlichen Abgasverluste um ca 4 %-Punkte berücksichtigt werden muss. Bei der zuletzt genannten „uralten“ Ölfeuerung kommen als Ursache noch die extrem häufigen, kurzen Betriebsphasen hinzu. Dieser Einfluss kommt auch bei den Anlagen Nr 3 (Heizöl neu) und Nr 1 (Gas alt) in abgeschwächter Form zum Tragen, bei denen in etwa ein Wert von 2 %-Punkten hinzuzurechnen ist. Bei den Anlagen Nr 2 (Heizöl neu) und Nr 1 (Heizöl alt) ist dieser, ebenfalls mit ca 2 %-Punkten anzuset- zende Anstieg hingegen primär auf den bereits genannten eher trägen Anstieg der O2- Werte zurückzuführen.
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Die Abschätzung der Bereitschaftsverluste ist auf Basis der verfügbaren Daten nur
qualitativ möglich. Als erster Indikator kann hierzu auf die Abgastemperaturen bei
Stillstand der Anlagen hingewiesen werden. Diese hängen einerseits von den bei Be-
trieb der Anlagen gegebenen Abgastemperaturen ab. Andererseits ist der Zeitraum,
während dem die Anlage bei hohen Abgastemperaturen stillsteht, in hohem Maß von
der Regelung abhängig. Insbesondere bei Anlagen mit häufigen, kurzen Betriebszeiten
resultieren in Summe beachtliche Zeiträume, in denen in Folge des vorhandenen Na-
turzugs auch bei Stillstand merkliche, nicht nutzbare Wärmemengen über den Kamin
entweichen. Während längerer Stillstandsphasen kann in der Regel ein deutlicher
Rückgang der Abgastemperaturen (siehe auch Anhang), der auch mit einer Reduktion
des Naturzugs einhergeht, beobachtet werden. Die in diesen Zeiträumen gegebenen
Verluste sind bezogen auf einen definierten Zeitabschnitt deshalb zwar deutlich nied-
riger; in Folge der insgesamt langen Bereitschaftszeiten, die auch bei ausschließlichem
Heizbetrieb mit 3000 bis 4000 Stunden pro Jahr abzuschätzen sind, dennoch nicht ver-
nachlässigbar. Die tendenziell in Betracht zu ziehenden Unterschiede sind in der nach-
stehenden Abbildung 8 ersichtlich.
Abbildung 8: Bereitschaftsverluste – schematisch (dimensionslose Vergleichszahlen)
Bereitschaftsverluste (schematisch)
900
800
700
600
500
Verl Restzeit
Verl nach Abschalten
400
300
200
100
0
Pe 1 Pe 2 Pe 3 Pe 4 Pe 5 Pe 6 Pe 7 G n 1 G n 2 G n 3 H n 1 H n 2 H n 3 G a 1 G a 2 G a 3 H a 1 H a 2 H a 3
Wie ersichtlich sind bei den meisten Öl- und Gasheizungen relativ hohe, durch das
häufige An- und Abfahren bedingte Verluste nach dem Abschalten in Rechnung zu
stellen. Als Ausnahme ist die alte Gasheizung Nr 3 zu nennen, bei der vergleichsweise
niedrige Abgastemperaturen festzustellen waren. Erwartungsgemäß niedrige Bereit-
schaftsverluste sind aus dem gleichen Grund auch bei den neuen Gasbrennwertgeräten
gegeben. Bei diesen Geräten (insbesondere bei Nr 3 und 2) kommen wie auch bei den
Pelletsheizungen die geringeren An- und Abfahrhäufigkeiten als positiv zu bewertende
Größe hinzu. Auffallend ist auch der extrem tiefe Wert der Pelletsanlage Nr 6, bei der- 16 - in Folge des eingebauten Pufferspeichers trotz hohem Heizbedarf nur 2 Abschaltpha- sen in einem Zeitraum von ca 24 Stunden zu beobachten waren. Die als „Restzeit“ ausgewiesenen Verluste, die die langen Bereitschaftszeiten bei ver- gleichsweise niedrigen Abgastemperaturen beinhalten, bewegen sich mit Ausnahme der Brennwertgeräte bei allen Anlagen in einer ähnlichen Größenordnung. Dabei müs- sen wegen der nicht abschätzbaren Abluftmengen allerdings erhebliche Unsicherheiten berücksichtigt werden. 5. Diskussion der Messergebnisse Auf Grund der stichprobenartig an einigen Anlagen durchgeführten Langzeitmessun- gen muss doch ein erheblicher Teil der Emissionen von unverbrannten Anteilen den instationären Betriebszuständen, die bei den periodischen Überprüfungen nicht erfasst und bewertet werden, zugeordnet werden. Je nach Brennstoff und je nach Anlage schwanken diese, für den Indikator Kohlenstoffmonoxid (CO) ermittelten Anteile in weiten Bereichen. Bei den mit Holzpellets betriebenen Anlagen ist dieser Anteil – re- lativ gesehen – mit 25 bis 75 Prozent der Gesamtemissionen niedriger als bei den un- tersuchten Öl- und Gasfeuerungen, bei denen die instationären Emissionsanteile prak- tisch das gesamte mögliche Spektrum umfassen. Absolut betrachtet sind diese Emissionen aber nicht sehr bedeutsam, da sich – im Ver- gleich zu anderen Anlagen gesehen – auch bei einer Einbeziehung der instationären Anteile vergleichsweise niedrige Emissionsfaktoren errechnen. Bei den untersuchten 12 Öl- und Gasheizungen bewegen sich diese Werte zwischen 2 und 50 mg CO/MJ, wobei die Hälfte der Anlagen praktisch vernachlässigbare Werte unter 10 mg/MJ auf- weist. Die 7 Pelletsheizungen liegen mit Werten zwischen 100 und 500 mg CO/MJ zwar deutlich höher, wobei die höheren Werte (Anlagen Nr 7, Nr 4 und teilweise auch Nr 3) überwiegend auf häufige Feuererhaltungszustände zurückzuführen sind. Im Ver- gleich zu händisch beschickten Stückholzkesseln, bei denen in Abhängigkeit von der technischen Ausstattung und vom Kontrollstatus Mittelwerte zwischen 1.000 und 4.000 mg CO/MJ in Rechnung zu stellen sind, sind jedoch auch diese Werte als ver- gleichsweise niedrig einzustufen. Auch im Vergleich zu den früher durchgeführten Untersuchungen an 9 größeren Hackgutfeuerungen (Leistungsbereich 300 bis 1200 kW) können die ermittelten Emis- sionsfaktoren als relativ gut bewertet werden. 3 Großanlagen zeigten damals zwar niedrigere Werte zwischen 10 und 60 mg CO/MJ (diese entsprechen in etwa der „schlechteren“ Hälfte der untersuchten Öl- und Gasfeuerungen). 3 weitere Anlagen bewegten sich im Bereich der kleinen Pelletsheizungen (250 bis 600 mg CO/MJ). Bei den restlichen 3 Hackgutfeuerungen waren jedoch wegen mangelhafter Einstellung bzw in Folge der Verwendung ungeeigneter Brennstoffsortimente Emissionsfaktoren zwischen 1.700 und 3.000 mg CO/MJ festzustellen. Aus diesen Zahlen kommt die vorrangige lufthygienische Bedeutung eines ordnungsgemäßen Betriebs klar zum Ausdruck, zumal dadurch auch unter Berücksichtigung der im praktischen Betrieb nur
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bedingt vermeidbaren instationären Emissionsanteile eine Absenkung der Emissionen
um ca eine Zehnerpotenz erreicht werden kann.
Ähnliche Relationen sind auf Grund der durchgeführten Untersuchungen auch bei den
Pellets- und bei den Öl- und Gasheizungen zu erwarten. In der nachstehenden Abbil-
dung 9 werden die in stationären Betriebsphasen in der Messperiode 2008/2009 fest-
gestellten CO-Mittelwerte bei Grenzwertüberschreitungen den bei ordnungsgemäßem
Betrieb erhobenen Messwerten gegenübergestellt, wobei für die Mittelwerte der insta-
tionären Anteile, die aus den vorliegenden Daten abgeschätzt wurden, gleiche Werte
(vor und nach Wartung) eingesetzt wurden.
Abbildung 9: CO-Emissionsminderung durch Überprüfung und Wartung
CO-Minderung bei Mängelbehebung
2000
1800
1600
1400
1200
mg/MJ
instationär
1000
stationär
800
600
400
200
0
Beanstandung Pellets Beanstandung behoben Beanstandung Öl/Gas Beanstandung behoben
Pellets Öl/Gas
Wie ersichtlich kann im Allgemeinen davon ausgegangen werden, dass durch die Ein-
beziehung der instationären Anteile der Erfolg der Überprüfungen nur in vergleichs-
weise geringem Umfang geschmälert wird. Insbesondere gilt dies für die Öl- und Gas-
heizungen, bei denen die instationären Emissionsanteile absolut gesehen mit durch-
schnittlich 9 mg CO/MJ durchwegs niedrig liegen (Vergleichswert – Pellets – 175 mg
CO/MJ) . Auf einzelne Ausnahmen (zB alte Ölheizung Nr 1 – Emissionsfaktor instati-
onär ca 45 mg CO/MJ oder Pelletsheizung Nr 7 - Emissionsfaktor instationär ca 400
mg CO/MJ – siehe auch Abbildungen 1 und 2) und auf die vergleichsweise geringe
Anzahl von Messreihen ist auch in Anbetracht der vielfach doch sehr unterschiedli-
chen Emissionsverläufe (siehe Anhang) selbstverständlich einschränkend hinzuweisen.
Ergänzend erscheint in diesem Zusammenhang erwähnenswert, dass bei den periodi-
schen Überprüfungen hohe instationäre Emissionsanteile in der Regel zwar nicht er-
kannt werden, dass aber bei sorgfältigen Servicearbeiten doch zumindest teilweise mit
diesbezüglichen Verbesserungen gerechnet werden kann. Aus dieser Sicht und auch in- 18 - Hinblick auf einen weitgehend störungsfreien Betrieb erscheint unabhängig von den laufenden Abgaskontrollen ein regelmäßiges Service auch im Interesse der Luftrein- haltung zweckmäßig. Zudem können dadurch allenfalls auch noch geringfügig über die in Abbildung 9 dargestellten Werte hinausgehende Emissionsminderungen erwar- tet werden. Zur Thematik „Repräsentanz der Kurzzeitmessungen“ können die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen für den Leitschadstoff CO auf Basis der geltenden Regelungen als einigermaßen zufriedenstellend bewertet werden. Lediglich bei der neuen Gasheizung Nr 3 müssen größere Unsicherheiten in Rechnung gestellt werden. Diese erscheinen jedoch in Anbetracht des vergleichsweise strengen Grenzwertes und der eher mäßigen Überschreitung nicht gravierend. Als aus der Sicht der Luftreinhaltung nicht zufriedenstellend haben sich die derzeit geltenden Regelungen bei den Pelletsheizungen erwiesen. An erster Stelle ist dabei die durch die vorgeschriebene Wartezeit von mindestens 5 Minuten (Brennerstart bis Messbeginn) insbesondere bei Anlage Nr 3, abgeschwächt auch bei Anlage Nr 4 ver- ursachte Ausblendung sehr hoher, grundsätzlich einfach vermeidbarer CO-Werte zu erwähnen. Hinzu kommt weiters, dass die festgelegten Grenzwertregelungen im Ver- gleich zum Stand der Technik doch als sehr großzügig zu bezeichnen sind. Unter Be- rücksichtigung dieser Tatsachen müssen bei einer ausschließlichen Kurzzeitmessung doch bei 3 von 7 Anlagen konkret mögliche Fehlbeurteilungen erwartet werden. Ausgehend von üblichen Grenzwertinterpretationen, wonach bei einem positiven Prüfbefund eine weitgehende Einhaltung gewährleistet sein sollte, muss insgesamt doch mit einem gewissen Anteil an falsch positiven Bewertungen gerechnet werden. Durch die zur Diskussion gestellte Änderung der Messvorschriften (Abgrenzung stati- onär/instationär 17 bzw allenfalls auch 18 % O2 an Stelle der Wartezeit) sind zwar ge- wisse Verbesserungen zu erwarten. Die denkbare Festlegung weiterer Details (zB Messung spätestens 2 Minuten nach Brennerstart) erscheint aber beim derzeitigen In- formationsstand auch unter Berücksichtigung der praktischen Umsetzbarkeit nicht an- gemessen. Somit muss auch in Zukunft in Kauf genommen werden, dass bei einigen Anlagen mögliche Emissionsreduktionen nicht realisiert werden. Eine diesbezügliche Quantifizierung ist in Anbetracht der geringen Anzahl der durchgeführten Untersu- chungen und der stark variierenden Emissionsverläufe derzeit nicht möglich. Bei den Abgasverlusten ist die Streuung der Messwerte deutlich kleiner als beim CO. Dennoch sind, da insbesondere bei den Ölheizungen viele Kurzzeit-Messwerte nur knapp unter dem Grenzwert liegen, beachtliche Anteile an falsch positiven Beurteilun- gen zu erwarten. Diese können bei den Ölheizungen mit ca 10 % aller Messungen, bei den Gasheizungen mit ca 3 % abgeschätzt werden. Bei den Pelletsheizungen ist dieser Anteil in Folge der großzügig festgelegten Grenzwerte mit ca 2 % relativ klein. Bei der zur Diskussion gestellten Verschärfung der Regelungen müsste mit einem Anstieg auf ca 6 % gerechnet werden. Dieser Anstieg erscheint aber in Anbetracht der energie- technisch zu erwartenden Verbesserungen akzeptabel. Insgesamt ist nämlich zu beto- nen, dass die bei den Abgasverlusten in Rechnung zu stellenden Fehlbewertungen von
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untergeordneter Bedeutung sind, da im Gegensatz zum CO davon praktisch aus-
schließlich nur geringfügige Grenzwertüberschreitungen betroffen sind. Diese Über-
schreitungen werden zudem durch andere, bei den laufenden Überprüfungen nicht er-
fasste Verluste relativiert. Neben den in dieser Arbeit nicht erhobenen Abstrahlungs-
verlusten, für die gemäß Literaturangaben in etwa Werte zwischen 1 und 4 % anzuset-
zen sind, sind in diesem Zusammenhang die zusätzlichen Verluste bei instationären
Bedingungen, für die nach der vorliegenden Abschätzung zwischen 0 und 4 %-Punkte
hinzuzurechnen sind, und die Bereitschaftsverluste zu nennen. Einen, die tatsächlichen
Verhältnisse annähernd umschreibenden Gesamtüberblick vermittelt die nachstehende
Abbildung 10.
Abbildung 10: Verluste – schematischer Überblick
Verluste gesamt (schematisch)
45
40
35
30
Bereitschaftsverluste
25
Abstrahlungsverluste
%
Verl instationär
20
Abgasverlust
15
10
5
0
Pe 1 Pe 2 Pe 3 Pe 4 Pe 5 Pe 6 Pe 7 G n 1 G n 2 G n 3 H n 1 H n 2 H n 3 G a 1 G a 2 G a 3 H a 1 H a 2 H a 3
Bei dieser Abbildung ist zu beachten, dass die Bereitschaftsverluste nur grobe Ab-
schätzungen sind, wobei insbesondere bei den Altanlagen (mit a bezeichnet) durchaus
auch noch höhere Werte möglich sind. Die bei Öl und Gas aus der Differenz „alt/neu –
Brennwert“ ableitbare Brennstoffeinsparung von ca 20 % entspricht aber in etwa den
verfügbaren Erfahrungen.
Die insbesondere bei der Mehrzahl der untersuchten Öl- und auch der älteren Gashei-
zungen anzutreffende große Häufigkeit von Ein- und Abschaltungen hat zwar keine
sehr gravierenden Auswirkungen auf die Erhöhung der Emissionen und der Abgasver-
luste. Aus grundsätzlichen Überlegungen sollten jedoch entsprechende Änderungen
der Anlagenregelungen angestrebt werden. Dadurch könnten in vielen Fällen nicht nur
die instationären CO-Emissionsanteile und die Abgasverluste merklich sondern auch
die Bereitschaftsverluste deutlich reduziert werden. Auf das positive Beispiel der mit
einem Pufferspeicher ausgerüsteten Pelletsheizung Nr 6, ist in diesem Zusammenhang
hinzuweisen.- 20 - 6. Zusammenfassung Auf Grund der in dieser Arbeit durchgeführten Analysen von Langzeitmessreihen an sieben kleinen Pellets- und an je sechs ebenfalls kleinen Öl- und Gasheizungen müssen zwar – relativ gesehen – in vielen Fällen bei der für unvollständige Verbrennungspro- zesse typischen Indikatorsubstanz Kohlenstoffmonoxid (CO) hohe instationäre Emis- sionsanteile, die bei den periodischen Überprüfungen nicht erfasst werden, in Rech- nung gestellt werden. Absolut gesehen sind diese zusätzlichen Emissionen jedoch nur von untergeordneter Bedeutung, da diese weit unter den im Falle von Beanstandungen (Grenzwertüberschreitungen bei stationären Betriebszuständen) festzustellenden Emis- sionswerten liegen. Die durch die laufenden Kontrollen und Beratungen erreichbaren Emissionsminderungen werden somit auch bei einer Einbeziehung der instationären Emissionsanteile, die vielfach nicht oder nur bedingt vermeidbar sind, nur geringfügig geschmälert. Die aus den vorliegenden Messreihen ableitbaren CO-Emissionsfaktoren können ins- gesamt als niedrig bezeichnet werden und betragen im Durchschnitt ca ein Hundertstel (Öl- und Gasheizungen) bzw ca ein Zehntel (Pelletsheizungen) der für händisch be- schickte Holzfeuerungen anzusetzenden Werte. Zwar ist auf Grund der geringen An- zahl der verfügbaren Messreihen die Berechnung von allgemein für den gesamten An- lagenbestand gültigen Kennzahlen nicht möglich; die genannten Zahlen bestätigen dennoch, dass die Problematik der durch instationäre Betriebsbedingungen verursach- ten Zusatzemissionen insgesamt betrachtet insbesondere bei den Öl- und Gasheizun- gen als nicht sehr gravierend zu bezeichnen ist. Die vorgenommene Evaluierung der Mess- und Auswertevorschriften zeigte bei den Öl- und Gasheizungen weitgehend zufriedenstellende Ergebnisse. Die in Rechnung zu stellenden Fehlerquoten, die insbesondere bei den Abgasverlusten von Ölheizungen mit ca 10 % relativ hoch sind, erscheinen in Anbetracht der eher geringfügigen Über- schreitungen akzeptabel. Gleiches gilt auch für die bei einer neuen Gasheizung festge- stellte, mit der komplexen Regelung in Zusammenhang stehende, nicht eindeutige CO- Grenzwerteinhaltung. Bei den mit Holzpellets betriebenen Anlagen erscheint aus der Sicht der Luftreinhal- tung hingegen eine Überarbeitung der Mess- und Auswertevorschriften angezeigt. Ab- gesehen von den, gemessen am Stand der Technik doch sehr großzügig festgelegten Grenzwerten muss insbesondere die auf Grund der aktuellen Messvorschriften gege- bene teilweise Ausklammerung grundsätzlich vermeidbarer hoher CO-Spitzen kritisch beurteilt werden. Durch die zur Diskussion gestellte Änderung der Messrichtlinien kann diese Problematik zwar abgeschwächt, aber nicht vollständig gelöst werden. In Anbetracht der mit den laufenden Kurzzeit-Überprüfungen erreichbaren Emissions- minderungen erscheint eine gewisse, derzeit nicht quantifizierbare Fehlerquote jedoch vertretbar.
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