Brennholz

Da Holz ein Naturprodukt ist, unterliegt sein Aufbau und seine Zusammensetzung Schwankungen. Das kann sich auch auf den Heizwert pro Masse (zum Beispiel in kWh/kg) oder pro Volumen (zum Beispiel in kWh/Kubikdezimeter) auswirken.

Beim Heizwert pro Masse (kWh/kg oder MWh/t) spielt die unterschiedliche Dichte der Holzarten keine Rolle. Wichtig ist der Wasseranteil, angegeben als Wassergehalt w%.

Der Heizwert von feuchtem Holz ergibt sich wie folgt: Heizwert der im Holz enthaltenen Trockenmasse minus der Energie, die zum Verdampfen des Wasseranteils benötigt wird. Die Verdampfungsenthalpie von Wasser beträgt 0,63 Kilowattstunden pro Kilogramm. Hinzu kommt ein Verlustanteil durch die Wärmekapazität des Wassers und des Dampfes. Dieser hängt von der Abgastemperatur ab. Brennwertkessel gewinnen diese beiden Verlustanteile nahezu vollständig zurück, weil der Dampf weitgehend wieder kondensiert und die Abgastemperatur niedrig ist.

Sehr trockenes Laubholz hat einen Heizwert von etwa 5 kWh/kg. Nadelholz hat einen Heizwert von etwa 5,2 kWh/kg, weil es mehr Harz enthält als Laubholz.

Biologische Abbauprozesse durch Pilze und Insekten (z. B. durch ungeeignete Lagerung) können bei Brennholz zu einem Verlust von Trockenmasse und Heizwert führen.[1][2]

Heizwert pro Masse (Nadelholz/Laubholz) in Abhängigkeit vom Wassergehalt

Die Beispielrechnung zeigt, dass die Abnahme des massebezogenen Heizwertes mit zunehmendem Wasseranteil hauptsächlich auf der Verringerung des Trockenmasseanteils basiert und nur nachrangig auf der zunehmenden Verdampfungsenthalpie des Wassers, die die Energieausbeute beim Verbrennen verringert.

Der Wirkungsgrad der Feuerstätte und deren Eignung, feuchtes Holz zu verfeuern, gehen ebenfalls in die Effizienz ein. Kaminöfen erreichen über 80 Prozent und offene Kamine bis zu 30 Prozent.[3]

Als Heizöläquivalent bezeichnet man die Heizölmenge, die den gleichen Heizwert wie die vorgegebene Brennstoffmenge hat. Da der Brennholz-Heizwert vom Wassergehalt abhängt, muss dieser zu jeder Heizwertangabe mit angegeben werden. „Absolut trockenes“ Holz (= atro) mit 0 Prozent Wassergehalt ist nicht durch natürliche Trocknung, sondern nur durch technische Trocknung erreichbar. Der Endpunkt der natürlichen Trocknung ist der Zustand „lufttrocken = lutro“ mit etwa 15 Prozent Wassergehalt. Das Heizöläquivalent kann benutzt werden, wenn man den Holzeinkauf mit den Kosten der äquivalenten Heizölmenge vergleichen will. Zu beachten ist dabei allerdings, dass der Heizwert je Raummeter (Rm) einer Holzart eine starke Schwankungsbreite besitzt, die aus der Schwankungsbreite der Holzdichte und der Schwankungsbreite des Umrechnungsfaktors Festmeter (Fm, m³) nach Raummeter resultiert. Untenstehende Tabelle enthält den Mittelwert des Heizwertes je Raummeter einer Holzart.

Ein Raummeter trockenes Laubholz ersetzt etwa 200 Liter Heizöl oder 200 m³ Erdgas. Nadelhölzer haben dagegen einen leicht höheren Heizwert je Gewichtseinheit, nehmen aber aufgrund ihrer geringeren Massedichte mehr Raum ein und brennen schneller ab.

Anzündhilfen sind trockene Holzspäne, Zweige, Fidibus (Zündhilfe), Kohlenanzünder (Trockenspiritus) oder mit Paraffin getränkte Holzwolle. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Holzes, verbunden mit dem dadurch schnellen Erreichen des Flammpunktes des Holzes beziehungsweise ausgasender Holzbestandsteile (Terpene bei Nadelholz, ätherische Öle bei Birken- oder Buchenholz, Wachsdampf bei Zündhilfen) entzünden sich die Spanhölzer schnell und setzen in der Folge gröbere Scheithölzer in Brand.

Werden die Scheithölzer oben auf die Zündhilfe geschichtet, kommt es eventuell zu einer unvollständigen Verbrennung, bei der aus dem Scheitholz ausgasende Holzbestandteile unverbrannt den Schornstein verlassen. Wird das Feuer auf den dicken Scheithölzern entfacht, dann werden deren ausgasende flüchtige organische Verbindungen durch die Brandzone geleitet, was zu vollständigerer Verbrennung führt und es werden daher weniger Schadstoffe emittiert. Letztere Variante wird empfohlen, um Rauch- und Rußemission zu verringern.[4][5] Dazu wird mehr Anzündmaterial benötigt.

Die Holzverbrennung ist ein zweistufiger Vorgang mit Holzvergasung als erstem und Oxidation von Gasen und Holzkohle als zweitem Teilprozess.

Bei der Verbrennung von Holz laufen folgende Teilprozesse zum Teil gleichzeitig und zum Teil nacheinander ab:

• Erwärmung des Brennstoffs durch Rückstrahlung von Wärme aus Flamme, Glutbett und Feuerraumwänden sowie infolge Durchströmung mit heißem Abgas
• Verdampfung leichtflüchtiger Holzbestandteile (Terpene und so weiter)
• Trocknung durch Verdampfung und Abtransport des Wassers (ab 100 °C)
• Zersetzung des Holzes durch Temperatureinwirkung (ab 250 °C)
• Vergasung des Holzes mit Primärluft zu Gasen und festem Kohlenstoff (ab 250 °C)
• Vergasung des Kohlenstoffs (ab 500 °C)
• Oxidation der brennbaren Gase zu Kohlenstoffoxiden (Kohlenmonoxid und Kohlendioxid) und Wasser bei Temperaturen ab 700 °C bis rund 1500 °C (maximal rund 2000 °C)
• Wärmeabgabe der Flamme an die umgebenden Wände und den neu zugeführten Brennstoff

Alle trocknenden und verdampfenden Vorgänge führen zur Temperaturverminderung der Flamme beziehungsweise des Abgases, das heißt zur Heizwertverminderung des Brennstoffes.

In einer Holzfeuerung erfolgt die Freisetzung dieser Stoffe durch Vergasung des Holzes (bei Luftmangel, das heißt Verbrennungsluftverhältnis Lambda < 1) im Glutbett. Dazu wird „Primärluft“ zugeführt. Bei der Erwärmung werden 80 bis 90 Gewichtsprozent der trockenen Holzmasse als Gase freigesetzt. In erster Linie sind das Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂) und Kohlenwasserstoffe (C_mH_n). Der restliche Feststoffanteil bleibt als Asche zurück, setzt sich als Ruß ab oder wird in Form von Partikeln an die Umwelt abgegeben.

Anschließend werden die Gase mit Verbrennungsluft vermischt und in der Brennkammer in einer langen Flamme verbrannt. Für den Ausbrand der Gase wird in der Regel „Sekundärluft“ zugeführt. Da die Gase in einer langen Flamme ausbrennen, wird Holz als langflammiger Brennstoff bezeichnet. Die Holzkohle im Glutbett brennt dagegen langsam und mit geringer Flammenbildung ab (unter Bildung von mehr Kohlenmonoxid im Abgas).

Öfen „mit oberem Abbrand“ können austretende Gase eher abkühlen und unvollständig verbrennen, bei Öfen „mit unterem Abbrand“ werden die Gase durch das Glutbett geführt, dadurch intensiver erhitzt und vollständiger oxidiert.

Holz kann prinzipiell als Frischholz kurz nach dem Schnitt schlagfrisch oder aber trocken gekauft werden. Frisches Holz lagert mindestens einen, besser zwei Winter über. Je höher der Wassergehalt des Gehölzes ist, desto länger muss es lagern, um ohne Rauch- und mit möglichst wenig Rußbildung zu verbrennen.

Brennreisig

Wellen:[6] Bündel aus Brennreisig

Handelsformen sind zum Beispiel:

• Rundholz, Blochholz (österr.): abgelängt aber ungespalten
• Spaltholz, Meterscheiter: grob gespalten, etwa einmetrig abgelängt
  • Scheitholz, Brennscheitholz: etwa drittelmetrig abgelängt
  • Stückholz: ofenfertig, halbmetrig (50 cm), drittelmetrig (33 cm) und viertelmetrig (25 cm) abgelängt; es wird auch nur „Brennholz“ genannt, umfasst aber auch Holz zur Holzkohleherstellung
• Brennreisig ist Holz, welches keine Derbholzstärke von 7 cm Durchmesser erreicht (Zweige und Äste)
  • Wellen sind Reisigbündel, die aus einer Mischung von Reisigholz und Stammholz bestehen und in einem Bündel, der Welle, zusammengebunden werden.[7]

Traditionell wird Brennholz im Raum- oder Volumenmaß gehandelt und verrechnet. Der Heizwert pro Volumen von Brennholz wird von unterschiedlichen Feuchtigkeitswerten viel geringfügiger beeinflusst als bei Maß nach Gewicht. Zudem kann der Endverbraucher das Volumen besser bestimmen als das Gewicht. Gängige Maße im deutschsprachigen Raum sind:[8]

• 1 Festmeter (fm) = 1 m³ Holzmasse ohne Zwischenräume, wird berechnet aus Dicke und Länge der Stämme vor dem Spalten
• 1 Raummeter (rm) oder Ster (st) = 1 m³ aufgeschichtetes Rund- oder Scheitholz mit Zwischenräumen
• 1 Schüttraummeter (srm) = 1 m³ aufgeschüttete Holzscheite (in ofenfertigen Längen von üblicherweise 25 oder 33 cm)

Zur groben Umrechnung am Beispiel Buche kann folgende Tabelle dienen, bei anderen Holzarten ergeben sich geringe Abweichungen:

Verschiedene Maße für Brennholz waren verbreitet:[12]

Das Klafter Brennholz wurde als 5 Fuß hoch und 5 Fuß breit gerechnet. Als Scheitlänge sollte es 3 Fuß haben. Man nannte es Nürnberger Werkmaß. Unter Berücksichtigung der Trocknung des Holzes war ein Scheit als Übermaß festgelegt. Das Klafter ohne Übermaß hatte 75 Nürnberger Kubikfuß, das waren 2,1066 Steren. Im Würzburger Regierungsblatt vom 6. November 1811 legte der Großherzog dieses Maß fest.

Ein Karren Brennholz in Würzburg war mit 4½ Fuß Breite und 5½ Fuß Höhe festgesetzt. Später war der Karren Brennholz 4 Fuß 19 Zoll nach dem alten Nürnberger Maß breit und hoch. Die Scheitlänge war dann 3 Fuß. Der Karren hatte nun 1,9685 Stere. Ab 1822 wurde das Brennholz nach dem bayrischen ½ Klafter verkauft. Ein Meßrahmen enthielt 18 bayrische Quadratfuß. Im Königreich Bayern selbst war das Klafter mit 6 × 6 × 3½ Fuß definiert, das waren 3,1325 Steren oder 126 Kubikfuß. Auch wurde Brennholz nach Faden und Reep ausgemessen. Nach dem Faden wurde mit 6 × 6 × 2 Fuß im lichten Rahmen gemessen. Ergebnis war 72 Kubikfuß oder 1,7442 französische Stere (Stert). Das Reep war größeren Mengen Holz vorbehalten. Die Länge betrug 2½ Fuß, also 2,45 Stert. Auch Grindelein[13] war ein bayerisches Brennholzmaß. Im Brennholzhandel wurde das Klafter oder Meß in Viertel, Achtel und Ecklein (1/16) geteilt. Dem Isenburger Brennholzmaß waren 6 × 6 Schuh und 3½ Fuß Länge zugewiesen. Viele Brennholzmaße unterlagen regionalen Besonderheiten.

In Frankreich gab es die Voie de Paris, die Pariser Fuhre, die Corde, die dem Klafter geglichen hat, mit dem Corde de grand bois, dem Corde de port (Hafenklafter) und dem Corde d’ordonnance.[14]

Holzspalter zum maschinellen Zerkleinern von Brennholz

Brennholz kann am besten als Meterholz zu Scheitholz aufgearbeitet werden und wird in dieser Form auch von der Forstwirtschaft angeboten. Ist das Meterholz für den Endverbraucher zu groß, wird es mit einer Säge (vorwiegend einer Wippsäge) auf die gewünschte Länge gebracht.

Für das Spalten von Brennholz per Hand werden zunächst, zum Beispiel mit der Motorsäge, Baumscheiben von etwa 30 cm abgeschnitten und im feuchten (frisch geschlagenen) Zustand gespalten. Wird das Holz zuerst getrocknet, was wegen der größeren Stücke erheblich länger dauert, ist es bei den meisten Arten sehr viel schwerer spaltbar. Beim Spalten ist es vorteilhaft, das Holz von oben nach unten zu spalten (Krone → Wurzel), weil dadurch weniger Kraft benötigt wird. Ein derber Merksatz lautet: „Das Holz reißt wie der Vogel scheißt.“

Zum Spalten kann man einen motorgetriebenen Holzspalter oder einen Spalthammer benutzen.

Bei der Aufarbeitung von Brennholz ist aus Gründen der Arbeitssicherheit auf die Persönliche Schutzausrüstung (PSA-Forst) zu achten. Diese umfasst zum Beispiel Arbeitshandschuhe, Sicherheitsschuhe, Gehörschutz und Schutzbrille. Beim Einsatz von Motorsägen ist zudem eine Schnittschutzhose der entsprechenden Schutzkategorie anzulegen. Vor allem bei Arbeiten mit der Kreissäge, aber auch beim Holzspalter oder Spalthammer/Spaltaxt besteht ein erhöhtes Risiko für Unfälle. Bei der Verarbeitung anfallender Hartholzstaub (Buche, Eiche) kann krebserzeugende Wirkung haben.

Lagerung von Brennholz in einer Holzmiete

Buchen-Brennholz im Wald aufgearbeitet

Frisch geschlagenes Nadelholz hat eine Holzfeuchte von etwa 55 bis 70 Prozent (Wassergehalt 35 bis 41 Prozent), bei Laubhölzern liegt der Wert zwischen 70 und 100 Prozent (Wassergehalt 41 bis 50 Prozent). Daher sollte die Holzfeuchte durch Lagerung oder technische Trocknung auf den für die Verbrennung von Holz üblichen Restwert von unter 20 Prozent (Wassergehalt < 16 Prozent) gemindert werden. Ausschlaggebend für die Dauer der Trocknungslagerung ist zunächst die Ausgangsfeuchte des Holzes. Diese kann je nach Witterung und Baumart und eventueller Vorlagerung (Stammlagerung im Wald oder auf Rundholzplätzen) variieren. Üblicherweise reicht bei der korrekter Lagerungstrocknung ein Zeitraum von einem Jahr aus.[15] In besonderen trockenen Frühjahren und Sommern werden ofenfertige Trocknungszustände bereits nach ca. 6-monatiger Lagerung erreicht.[15] Die Holzfeuchte kann mit einem Feuchtigkeitssensor geprüft werden.

Die Art der Lagerung – zum Beispiel aufgeschichtet, geschüttet oder im Silo – hängt von der Verarbeitungsform des Brennholzes ab. Bei optimalen Bedingungen für Brennscheitholz (fein gespaltene und nicht zu lange Scheite in abgedeckten, dem Wind offenen Gitterboxen oder Brennholz-Containern im Freien) reichen manchmal auch schon sieben Monate. Sehr gut lagert Brennholz auch im Freien in einer Holzmiete oder unter einem Dach bei gleichzeitig guter Belüftung. Die zum Beispiel in Kellern und Garagen nicht vorhandene Winddurchströmung ist eine entscheidende Voraussetzung für das Trocknen, daher haben die früher üblichen Holzschuppen oft Wände aus Latten mit gewissem Abstand, der die Belüftung ermöglicht. An einer (idealerweise südlichen) Hauswand unter einem Vordach sollte man daher auch mindestens 5 bis 10 cm Abstand zur Hauswand halten.

Die technische Trocknung ermöglicht den Verzicht auf längere Lagerung, sie hat allerdings zum Nachteil, dass sich die Brenneigenschaften gegenüber dem langsam getrockneten Holz verschlechtern. Kammer- oder Trommeltrocknungsanlagen können in etwa einer Woche das Holz, abhängig von der Ausgangsfeuchtigkeit, auf die ideale Feuchte bringen. Um die Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit der Anlagen zu gewährleisten, wird häufig Abwärme anderer Einrichtungen genutzt.

Holzsammler in Mosambik

Holzmarkt in Afrika

Die Einheit Kilogramm bekommt im Rahmen moderner Energiewirtschaft, der Hauszustellung auf Palette und in der Verwendung von getrockneten Presslingen (Holzpellets oder Holzbriketts) zunehmend Bedeutung. Beim Gewicht spielt das im Holz enthaltene Wasser (Restfeuchte, Wassergehalt) eine deutlich größere Rolle als beim Raummaß. Ein Kauf nach Gewicht sollte nur in Erwägung gezogen werden, wenn die Möglichkeiten des Wiegens sowie zur labortechnischen Überprüfung der Qualität (Zusammensetzung, Restfeuchte, Wassergehalt) gegeben sind.

Berechnungsgrundlage des Preises ist ab Wald, ab Waldstraße/Forststraße oder ab Lager (Selbstabholung, je nach Zugänglichkeit) oder frei Haus zugestellt, zunehmend aber auch im Einzelhandel, etwa in Baumärkten.

Der Fall eines von der Potsdamer Stadtverwaltung zum Bauwerk erklärten Brennholzstapels wurde überregional bekannt.[16]