Hypocauston
Alternative Heizsysteme
Lehmbau - Zimmerei
Ofentheorie
Aufbau
Der Grundofen ist eine individuell erstellte Feuerstätte ausschließlich für Holzfeuer. Auf dem massiven Boden (Grund) des gemauerten Feuerraumes verbrennt das Holz, die Rauchgase strömen durch lange keramische Züge zum Schornstein. Er besteht hauptsächlich aus Schamotte, Haftmörtel, Lehm. Die Konstruktion ist 2- bis 3-schalig, wobei die innere Schale Brennkammer und Rauchgaszüge bildet, während die äußere Schale als sichtbare Form des Ofens Abstand zum heißen Kern bewahrt. So ist die Ausdehnung der inneren Schale möglich, ohne Risse zu verursachen. Eine dritte Schamotteschicht wird im Feuerraum eingebracht. Sie verschleißt im Laufe von vielen Jahren und kann durch die Feuerungstür erneuert werden. Dadurch hat der Grundofen eine sehr hohe Lebensdauer.
Funktion
Im Feuerraum wird, je nach seiner Größe, 5-20 kg trockenes, gespaltenes Holz schnell mit hoher Temperatur abgebrannt. Die Wärmestrahlung des Feuers durchwandert den Schamottestein zeitlich verzögert unter geringfügiger Änderung der Wellenlänge. Die Rauchgase des Feuers durchströmen die an den Brennraum angeschlossenen keramischen Züge. Auf diesem Weg geben die Glutpartikel im Rauch ihre Energie über Strahlung ebenfalls an die Schamotte ab. Der Stein wird praktisch aufgeladen durch die Hitze des Feuers und der Rauchgase und leitet die gespeicherte Energie stetig über 12 - 24 Stunden verteilt in den Raum. Der Grundofen ist ohne Rost und Aschekasten. Verbrennungsluft wird über die Feuerungstür in die Flamme geführt. So findet keine Kühlung der Glut von unten statt, Abbrandphase (Entgasung) und Glutphase (Vergasung) verlaufen mit höherer Temperatur, Austreibung und Verbrennung der organischen Gase geschieht vollständig und der Kohlenstoff verglüht nahezu rückstandsfrei.
Raumklima
Konventionelle Systeme wie Heizkörper oder Kachelofenwarmluftheizungen produzieren überwiegend Konvektionswärme. Konvektion ist der Wärmetransport über bewegte Gase. Die Raumluft wird erwärmt, bekommt dadurch Auftrieb, streicht unter der Zimmerdecke entlang, kühlt sich ab auf ihrem Weg, fällt wieder zu Boden, strömt über den Boden in Richtung der Wärmequelle, um dort wieder erwärmt zu werden. Es entsteht also eine Luftwalze im Raum mit hoher Strömungsgeschwindigkeit. Der Temperaturunterschied zwischen Boden und Decke kann bis zu 25 Grad C betragen und feinste Staubpartikel werden beständig in Schwebe gehalten.
Der Grundofen liefert hauptsächlich Strahlungswärme. Die langwellige, elektromagnetische Strahlung im unteren Infrarotbereich, kontinuierlich von der Ofenoberfläche abgegeben, durchdringt die Luft ohne sie sonderlich aufzuheizen. Trifft die Wärmestrahlung auf feste Körper (Wände, Möbel, Menschen), werden diese erwärmt. Die Lufttemperatur bleibt angenehm zu atmen bei etwa 18Grad C. Eine wichtige Einflußgröße für das Raumklima ist die Luftionenkonzentration, die im Freien bei 400 - 1500 Kleinionen pro ccm Luft liegt. In geschlossenen Räumen docken die Kleinionen an größere Moleküle (Feinstaubpartikel) an, bilden Großmoleküle, Aerosole und sinken schließlich zu Boden. Verschmutzte Luft, starke elektrostatische Felder und heiße Metallflächen wie Heizkörper und Kachelofeneinsätze, lassen die Luftionenkonzentration schnell absinken und konvertieren negativ geladene zu positiv geladenen Ionen. Das heiße Holzfeuer im Grundofen mit seinem geringen Anteil ionisierender Strahlung wirkt als Ionengenerator ausgleichend auf Konzentration und Qualität der Kleinionen.
Physiologische Wirkung
Konvektionswärme hat viele negative Wirkungen auf die Gesundheit. Ständig hoher Schwebstaubgehalt, sowie hohe Strömungsgeschwindigkeit der Atemluft trocknen die Schleimhäute des Respirationstraktes aus, was anfällig für Infektionen macht. Der eingeatmete Staub belastet Bronchien und Lunge, das fördert die Bereitschaft zu chronischen Atemwegserkrankungen und Allergien. Die zurückströmende Luft am Boden kühlt als Zugluft die Füße, während wärmere obere Luftschichten für einen "heißen Kopf" sorgen.
Warme Luft übt einen stärkeren Reiz auf die Thermosensoren der Haut aus als langwellige Wärmestrahlung. Über das Thermoregulationszentrum im Hypothalamus werden die Oberflächlichen Blutgefäße erweitert (Vasodilatation) und der Körper transportiert mehr Wärme vom Kern an die Oberfläche. Die hohe Geschwindigkeit der Heizungsluft verursacht turbulente Strömungen an der Hautoberfläche. Dadurch wird wesentlich mehr Wärme abgetragen als bei laminarer Strömung in ruhigerer Luft. Dies bedeutet eine wesentlich schlechtere Energiebilanz des Körpers unter Konvektion als unter Strahlung. Denn die Infrarotstrahlung belässt die Luft kühler, dringt durch die Haut in tiefere Gewebeschichten, wärmt "von innen". Ähnlich der Februarsonne, die trotz kühler Luft den Körper kräftig zu erwärmen vermag. Wie in therapeutischer Anwendung der Infrarotstrahlung verbessert die Wärmestrahlung des Grundofens periphere Stoffwechselprozesse, lindert Verspannungen und degenerative Gelenkerkrankungen und stimuliert Vitamin- und Hormonbildung (z.B. Erythropoetin). Die Kleinionenkonzentration der Raumluft sollte ähnlich der im Freien sein. Starke Abweichungen nach unten, oben oder Verschiebungen in der Ladungsverteilung können Auslöser und Ursache verschiedener Erkrankungen sein. Häufige Symptome wie Kopfschmerz, Müdigkeit, Konzentrationsschwäche, Leistungsabfall in schlecht gelüfteten Räumen sind nicht etwa auf Sauerstoffmangel zurückzuführen, sondern auf die unphysiologische Luftionenkonzentration konventionell beheizter Räume. Das Holzfeuer des Grundofens im Wohnraum verbessert die Qualität der Raumluft enorm. Durch die weniger bewegte, staubärmere Luft ist der Kleinionenausfall geringer und das Feuer sorgt für ausreichenden Nachschub. Strahlungsklima mit geringerer Lufttemperatur, etwas höherer relativer Luftfeuchte und wesentlich weniger Schwebstaub, schont die Lunge und schützt die Schleimhäute vor Austrocknung.
Bauphysik
In Räumen mit konvektiver Beheizung sind die Wandoberflächen deutlich kälter als die Raumluft . An diesen Wänden kondensiert Wasserdampf, bildet feuchte Stellen und schließlich Schimmel. Strahlungsklima hilft Bauschäden zu vermeiden. Die intensive Wärmestrahlung des Grundofens erhöht die Oberflächentemperatur der Wände und belässt die Luft etwas kühler. So gibt es zwischen Wandoberflächen und Raumluft nur geringe Temperaturunterschiede und Kondensation ist nicht möglich.
Gestaltung
Der Grundofen wird nach Bedürfnissen und Geschmack der Besitzer gestaltet. Als Kachelgrundofen hat er eine Außenschale aus Stegkacheln oder Kachelsteinen. Die Formgebung ist weniger frei und richtet sich nach den Kachelformaten. Bei Putzöfen (geschlämmter Ofen) wird die äußere Schamotteschale mit speziellem Ofenputz oder Lehm verputzt.
Nahezu alle Formen sind möglich, von moderner, streng geometrischer Gestaltung mit klaren Linien über Kugeln, Säulen, angeschnittene oder ineinander übergehende Körper, geschwungene Linien bis zu organischen Formen oder amorpher Gestaltung. Der Putz wird gestrichen, weiß, farbig oder lasiert und kann mit eingestreuter Keramik versehen werden, glasiert oder engobiert, mit Bildern, Splittern oder Formstücken. Den Grundofen gibt es mit und ohne Ofenbank. Sie liegt auf dem Sockel, steht auf Füßen oder ist freischwebend. Für gute Sicht auf die Flammen wird die Feuerungstür mit großer Glasscheibe verwendet.
Bedienung
Der Grundofen wird mit Scheitholz, Holzbriketts, und bedingt Braunkohlenbriketts befeuert. Papier, Pappe, Sägemehl, Holzwerkstoffe, lackierte oder lasierte Stücke, Kunststoffe, Teerpappe, Müll usw. haben im Brennraum nichts zu suchen. Das Holz muß nach dem schlagen und spalten mindestens 2-3 Jahre vor Regen geschützt und gut belüftet gelagert werden. Die Holzfeuchte darf maximal 20 % betragen. Die Scheite werden senkrecht an die Rückwand des Feuerraums gestellt, indianerzeltförmig, innen Papier oder saubere Hobelspäne, dann feiner gespaltenes Holz und außen größere Stücke. Ein Zipfel Papier muß herausschauen zum anzünden. Die Luftzufuhr wird ganz geöffnet und die Füllung brennt mit lodernder Flamme ab. Nach etwa 40-70 Minuten, wenn keine Flammen mehr sichtbar sind, muß die Luftzufuhr völlig geschlossen werden. Beim ersten Anheizen im Jahr wird vorher ein Lockfeuer im Kamin gemacht.
Das Anzünden kann alternativ ohne Papier oder Späne mit handelsüblichen Holzanzündern geschehen oder sehr schnell und effektiv durch eine Propankleinstflasche mit Hartlötbrenner. Der Grundofen kann je nach Bedürfnissen, zu beheizender Fläche und Außentemperatur ein- bis dreimal am Tag beheizt werden. Die anfallende Asche ist sehr gering (0,2 % bei vollkommener Verbrennung) und wird einmal im Jahr, am Ende der Heizperiode, durch die Ofentür entnommen. Alle zwei bis fünf Jahre muß über eingebaute Reinigungsöffnungen die Flugasche mit einem Industriesauger entfernt werden.
Planung
Der Grundofen braucht in den meisten Fällen einen eigenen Schornstein, Mindestquerschnitt d = 16 cm, gemauert, in Systembauweise, oder nachträglich angebracht als Außenkamin in Edelstahl. Der Ofen kann klein gehalten werden (Kaminofengröße), um nur einen Raum zu erwärmen oder größer gebaut und günstig positioniert eine ganze Etage heizen. Als Hypokauste mit Heizeinsatz ist das System Grundofen in der Lage, das gesamte Haus zu beheizen.
Sobald ein Grundofen in einem fertigen Haus eingebaut ist, wird die Zentralheizung immer weniger benutzt.
Ökologie
Durch saubere, vollständige Verbrennung, lange Führung der Heizgase in keramischen Zügen und die Erzeugung der Wärme im Wohnraum, erreicht der Grundofen hohen Wirkungsgrad. 1 kg Holz enthält 4 bis 4,5 Kilowattstunden Heizwert. Mit sorgfältiger Planung und sinnvoller Bedienung kann der Grundofen 90% des Heizwertes nutzbar machen, gegenüber Kaminöfen, die die energiereichen Rauchgase ungenutzt in den Schornstein entlassen, mit katastrophalem Wirkungsgrad. Auf Grund höherer physiologischer Wirksamkeit ist im Strahlungsklima der Wärmebedarf geringer als in Räumen mit konvektiver Wärmeabgabe. Das bedeutet zusätzlich geringeren Primärenergieeinsatz. Holz verbrennt CO2-neutral, d.h. es gibt nur soviel Kohlendioxid ab, wie der Baum zuvor aus der Luft gebunden hat. Wenn Holz im Wald oder auf Deponien verrottet, setzt es exakt die gleiche Menge CO2 frei wie bei der Verbrennung. Da wir durch Waldrestholz, Sturmholz, notwendigen Schlagabraum, Abbruchholz und Reste der Holzverarbeitung großen Holzüberschuß haben und dennoch hauptsächlich fossile Energieträger wie Erdöl und Erdgas verheizen, wird weit mehr CO2 emitiert als notwendig. Würde der Holzüberschuß genutzt, um über das System Grundofen gesunde Wärme bei höchster Effizienz zu verbreiten, könnte eine enorme Menge fossiler Brennstoffe und CO2 - Emissionen eingespart werden. Bei sämtlichen Prüfkriterien der Umweltbilanz wie Energieverbrauch der Brennstoffförderung, Aufwand für Aufbereitung und Veredelung, Transportwege, Lageraufwand, Gefahren bei Transport und Lagerung, Rückstände und Emissionen, kommt der Brennstoff Holz bestens weg.
Sonderlösungen
Hypokauste
Die Luft im Hohlraum zwischen innerer und äußerer Schale (keine Rauchgase) wird beim Betrieb des Ofens stark erhitzt. Diese heiße Luft wird über ein Rohr in einen dünnwandigen Hohlkörper aus Schamotte geleitet, erwärmt diesen und
strömt abgekühlt über ein weiteres Rohr zum Grundofen zurück.
Dieser Luftkreislauf findet nur im geschlossenen Ofen statt.
So können entfernt liegende Räume oder obere Etagen mitbeheizt werden.
Satellit
Der Grundofen mit Rauchgasführung durch Geschoßdecken nennt sich Satellitenanlage. Als Kelleranlage mit Wärmekörper im Erdgeschoß oder mit Feuerung im Wohnzimmer und Zugsystem im Obergeschoß.
Wasser:
Bei Verwendung eines Heizeinsatzes mit Wasserwärmetauscher ist der Zentralheizungsbetrieb mit Heizkörpern, Fußbodenheizung oder besser Randleiste und Wandheizung möglich.
Nahrung
Der Feuerraum des Grundofens ist gut geeignet zum backen von z.B. Brot und Pizza. Für umfangreichere Anwendungen gibt es das Backfach, den Herd mit Grundofenfeuerung, die Kombilösung mit Umschaltung zwischen heizen und backen oder das große Brotbackhaus.
Pellets
Wenn vollautomatischer Heizbetrieb notwendig ist, wird ein Heizeinsatz installiert, der wahlweise mit Pellets und Förderschnecke arbeitet oder mit Stückholz von Hand betrieben werden kann.
Raum
Bei sehr eingeschränktem Raum ist es möglich einen Grundofen in der Größe eines Kaminofens zu planen oder für Mietwohnungen den fertigen und mobilen Kamingrundofen zu installieren.