Eine hohe Energieeffizienz bei Heizungen ist nur durch eine möglichst niedrige Abgastemperatur erreichbar - so geht nur ein geringer Anteil der Energie ungenutzt verloren. Durch den Einsatz von Brennwerttechnik ist hier bei Gaskesseln und inzwischen auch bei Ölkesseln ein hoher Standard erreicht. Bei Holzheizungen sieht es anders aus: hier ist bisher nur bei wenigen Pelletkesseln Brennwerttechnik und die damit hohe Effizienz möglich. Bei anderen Holzkesseln und Öfen besteht das Problem, dass die Oberfläche eines für diese Technik nötigen Hochleistungswärmetauschers zu schnell von Ablagerungen belegt wird. Damit ist nicht nur ein Leistungsverlust verbunden, sondern auch die Gefahr eines Verstopfens und in der Folge unkontrollierte Verbrennungsbedingungen und Gefahren. Mit den etaClean-System sind diese Probleme lösbar.

'Holz als Brennstoff
'Versottung von Schornsteinen
'Glanzruß
'Speichermasse
'Luftüberschuss und Abgastemperatur
' Rücklauftemperatur und Kondensation

(Holz als Brennstoff

(Hafen in Napier, Neuseeland)

Holz ist ein anspruchsvoller Brennstoff. Der größte Vorteil ist die Tatsache, dass es sich um einen nachwachsenden Rohstoff handelt - und dies ohne die negativen Auswirkungen anderer energietechnisch nutzbarer Pflanzen aus landwirtschaftlichem Anbau (Maisanbau für Biogas, Getreide, Raps und Palmöl für die energetische Nutzung). Ein Wald hat durchweg positive Auswirkungen auf die Umwelt. Holz enthält auch z.B. im Vergleich zu Kohle sehr wenig Schadstoffe wie Schwefel und Schwermetalle, die bei der Verbrennung in die Luft gelangen geraten würden.

Der Verbrennungsprozess läuft in drei Stufen ab:

1. Trocknung - der Wasseranteil verdampft
2. Ausgasung – Kohlenwasserstoffe entweichen und verbrennen.
3. Verbrennung der Holzkohle

Für eine gute Verbrennung sind drei Dinge nötig:

1. Genügend Luft (und zwar an den richtigen Stellen im Brennraum)
2. Genügend hohe und lang genug anhaltende Temperatur
3. Gute Durchmischung von Brenngasen und Luft

Diese Bedingungen sind mit einem handbeschickten Ofen nur schwer zu erreichen. Daher sind Pelletöfen besser, die Brennstoffzufuhr ist genau geregelt, daher sind konstante Bedingungen erreichbar, die eine gute Verbrennung gewährleisten.

In der ersten Verbrennungsphase (Trocknung des Holzes) führt das Verdampfen von Wasser zu einer Abkühlung der Flammen im Brennraum; es entstehen ungünstige Bedingungen für die Verbrennung, bei denen der Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe hoch ist. Dieser Effekt ist auch bei zu feuchtem Holz vorhanden: die Emissionen steigen sehr stark an. Zusätzlich ist der Schornstein durch Versottung und Bildung von Glanzruß gefährdet.

In der zweiten Phase wird sehr viel Sekundärluft benötigt, um die ausgasenden Kohlenwasserstoffe zu verbrennen. Ein Mangel an Luft führt in dieser Phase zu hohen Emissionen und ebenso zu Gefährdung des Schornsteins durch Versottung und Glanzruß.

In der dritten Verbrennungsphase wird weniger Luft benötigt.

(Versottung von Schornsteinen

Effizienzsteigerung bei Öfen und Heizkesseln führt zu einer Absenkung der Abgastemperatur und damit der Temperaturen im Schornstein. Bei Schornsteinen, die nur für trockenen Betrieb ausgelegt sind, darf das Abgas nicht über längere Zeit im Schornstein kondensieren. Die Gefahr ist besonders bei alten, nicht isolierten Schornsteinen im Bereich über dem Dach gegeben. Bei Holzöfen ist die Gefahr der Kondensation von Wasser eher gering, wenn trockenes Holz verwendet wird.

(Glanzruß

Oft wird versucht durch Drosseln der Luftzufuhr bei Öfen das Abbrennen des Holzes zu verlangsamen und so Energie zu sparen. Der Erfolg ist zweifelhaft, aber die Auswirkungen sind sehr problematisch:

Wenn durch unvollständige Verbrennung Kohlenwasserstoffe (Teer) im Schornstein kondensieren, bilden sie zusammen mit dem Ruß eine glänzende schwarze Schicht, die immer mehr anwächst und verhärtet. Diese Schicht kann der Schornsteinfeger nicht mehr durch Bürsten entfernen. (Die einzige Möglichkeit ist das kontrollierte Ausbrennen von oben herab durch den Schornsteinfeger. Eine aufwändige Prozedur, die mit hohen Emissionen verbunden ist.) Auf die Dauer wird der Querschnitt des Schornsteins immer kleiner, dadurch verringert sich der Zug und die Probleme werden immer größer. Zusätzlich wächst die Gefahr eines Schornsteinbrands, da die Glanzrußschicht brennbar ist und eine große Menge hoch konzentrierten Brennstoff darstellt, der sich bei genügend hoher Temperatur und ausreichend Luft entzünden kann. Der dann entstehende Zug ist so hoch, dass der Schornsteinbrand oft nicht mehr aufgehalten werden kann. Dabei wird der Schornstein so heiß, dass das ganze Haus gefährdet ist.

(Speichermasse

Bei einem Pelletofen wird die Verbrennung durch die geregelte Brennstoffzufuhr über längere Zeit stabil gehalten und ist auch auf geringe Leistungen von 2-3 kW einstellbar. Daher benötigen sie keine Speichermasse, um Wärme zu speichern. Bei einem Kaminofen oder Kachelofen wird von Hand eine Holzmenge eingelegt, die dann mehr oder weniger schnell abbrennt. Dabei entstehen kurzzeitig hohe Leistungen, die der Ofen nicht sofort abgeben kann. Also wird ein Teil der Wärme im Material der Ofenwände gespeichert. Je nach Bauart des Ofens ist die Speicherfähigkeit aber begrenzt: Ein schwerer Grundofen kann die Wärme für einen ganzen mäßig kalten Wintertag für den Aufstellraum speichern und langsam abgeben. Dabei werden etwa 10-25 kg Holz auf einmal aufgelegt und in etwa 2 Stunden abgebrannt.  Ein durchschnittlicher Kaminofen speichert jedoch lediglich die Energie einer Holzfüllung von ca. 3kg Holz - danach ist der Ofen schon heiss. Wenn jetzt weiter geheizt wird, geht ein großer  Teil der Energie zum Schornstein hinaus verloren.

(Luftüberschuss und Abgastemperatur

Die Effizienz einer Holzheizung ist von der Abgastemperatur abhängig. Es ist offensichtlich, dass bei höherer Abgastemperatur mehr Wärme ungenutzt verloren geht. Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Luftüberschuss, dieser wird auch als Luftüberschussfaktor Lambda bezeichnet. Der Luftüberschuss ist der Anteil von Luft, der zwar durch den Ofen strömt, aber nicht an der chemischen Verbrennungsreaktion teilnimmt. Diese Luft muss aber trotzdem mit erwärmt werden und enthält dann einen Teil der bei der Verbrennung freigesetzten Energie. Bei gleicher Abgastemperatur geht daher um so mehr Energie ungenutzt verloren, je höher der Luftüberschuss Lambda ist. Trotzdem ist der Luftüberschuss nötig, damit eine gute Verbrennung möglich ist. Je besser Luft und Brennstoff vor der Verbrennung gemischt werden kann, desto geringer ist der für eine gute Verbrennung nötige Luftüberschuss. Bei Gaskesseln ist dies am besten möglich, da Luft auch ein Gas ist. Es kann ein geringer Luftüberschuss von Lambda 1,1 eingestellt werden. Das bedeutet, dass nur ein Zehntel der Luft nicht an der Verbrennungsreaktion teilnimmt. Ein mit Scheitholz geheizter Kamin benötigt einen Luftüberschuss von mindestens Faktor 2 (das entspricht idealen Bedingungen auf dem Prüfstand). In der Praxis ist der Luftüberschussfaktor Lambda eher zwischen 2,5 und und 7. Holz und Luft lassen sich nicht mischen, erst die aus dem Holz im Brennraum freigesetzten flüchtigen Bestandteile vermischen sich mehr oder weniger mit der Verbrennungsluft. Das Abgas wird also entsprechend durch Luft verdünnt und abgekühlt.

Beim etaClean sorgt ein Hochleistungswärmeübertrager für eine zusätzliche Abkühlung des Abgases und damit für eine entsprechende Erhöhung der Effizienz.

Da bei Pelletöfen und Hackschnitzelkesseln die Brennstoffzufuhr automatisch geregelt werden kann, ist es möglich, den Luftüberschussfaktor auf kleinere Werte von etwa 1,6 - 3 einzustellen. Daher ist ein höherer Wirkungsgrad möglich, als bei Kaminen und Öfen.

( Rücklauftemperatur und Kondensation

Die Rücklauftemperatur eines Heizungssystems spielt eine entscheidende Rolle für die Effizienz. Je geringer diese Temperatur ist, je mehr kann Abgas abgekühlt werden und damit die verbleibenden Abgasverluste reduziert werden. Wenn dabei der Taupunkt des Abgases unterschritten wird kann auch noch ein Teil der Kondensationswärme genutzt werden. Dies ist besonders bei Gaskesseln möglich, da der Taupunkt von Abgas aus Erdgasverbrennung relativ bei hoch bei 55°C liegt. Eine Rücklauftemperatur unter 55°C kann mit fast jeder Heizung erreicht werden. Allerdings gewinnt man nur dann einen wesentlichen Teil der Kondensationswärme, wenn der Taupunkt deutlich unterschritten wird. Daher sind Fußbodenheizungen und Wandheizungen besser hierfür geeignet, es lässt sich eine Rücklauftemperatur von < 25°C erreichen.

Holzheizungen benötigen einen höheren Luftüberschuss als Gas- oder Ölheizungen. Das Abgas wird also mit - in den meisten Fällen – trockener Luft verdünnt. Das führt zu einer Absenkung des Taupunkts und damit weniger Kondensation.