Prüfung von Holzbrennstofföfen

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Herdprüfung

In den letzten dreißig Jahren gab es viele Versuche, verbesserte Öfen zu entwickeln. Solche Öfen werden von den Gemeinden nur dann akzeptiert, wenn sie das Kochen einfacher, sauberer und bequemer machen. Gleichzeitig sind die Kaminofenhersteller verpflichtet, dafür zu sorgen, dass die von ihnen gelieferten Öfen nicht nur Kraftstoff sparen, sondern auch schädliche Emissionen reduzieren. Jegliche Emissionen sollten aus der Küche entfernt werden, entweder mit einem Schornstein und/oder einer guten Belüftung in der Küche. Viele Öfen haben diese Anforderungen erfüllt, aber einige von ihnen sind ausgefallen. Da sich Öfen in ihrer technischen Leistungsfähigkeit stark unterscheiden, ist eine Ofentestung notwendig, um saubere Öfen zu identifizieren und verschiedene Ofenmodelle zu vergleichen, so dass sich die aktuellen Entwicklungen auf die Qualitäts- und Leistungskontrolle konzentrieren, für die Standards für verbesserte Kochherde entwickelt wurden. Die Ofenprüfung ist eine Möglichkeit, um zu beurteilen, ob diese Normen erfüllt werden.

Die technische Leistungsfähigkeit der Öfen wird nach international vereinbarten Prüfverfahren in Bezug auf Energieeffizienz, Emissionsschutz und sichere Nutzung geprüft. Die so genannten Herdleistungsprüfungen konzentrieren sich auf die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs und die kürzlich entwickelten Emissionsschutzprüfungen auf die Minimierung schädlicher Emissionen. Emissionen und Kraftstoffverbrauch müssen gleichzeitig geprüft werden, um zu vermeiden, dass ein Test durchgeführt wird, um einen guten Kraftstoffverbrauch auf Kosten der Emissionen zu erreichen. Und umgekehrt. Aus praktischen Gründen werden die Emissionen meist in Labortests wie dem nachfolgend beschriebenen Wasserkochtest gemessen.

https://kathys-kuechenkampf.de/kuechenausstattung/einbauherd-test/

Dieser laborgestützte Test wurde entwickelt, um die grundlegendsten Aspekte der Ofenleistung in einer kontrollierten Umgebung zu untersuchen. Eine vorgeschriebene Wassermenge wird zum Kochen gebracht und für einen bestimmten Zeitraum gekocht, während der Kraftstoffverbrauch (und neuerdings auch die Emissionen) gemessen werden. Da es sich um einen Kurztest handelt und die Ergebnisse nicht sehr variabel sind, können relativ wenige Tests ein informatives und schnelles Feedback geben. Der WBT ist ein nützliches Werkzeug bei der Entwicklung von Öfen oder beim Vergleich sehr unterschiedlicher Öfen. Es ermöglicht die genaue Erkennung der Auswirkungen kleiner Änderungen im Ofendesign, in der Kraftstoffqualität oder anderen physikalischen Variablen. Es kann auch in Feldversuchen eingesetzt werden, um festzustellen, ob Öfen gebaut wurden, die ihren Designkriterien hinsichtlich Garzeit, Brennstoffverbrauch und Emissionen entsprechen. Sie spiegelt nicht die Leistung auf dem Feld wider, da die Art und Weise, wie typische lokale Gerichte zubereitet werden, sehr unterschiedlich sein kann von nur kochendem Wasser.

Der auf der PCIA-Sitzung in Lima im Februar 2011 erzielte Konsens zwischen den wichtigsten Interessengruppen im Bereich Normen und Prüfungen beschloss die Einführung eines temporären Bewertungssystems für Ofentechnologien in Leistungsstufen in den Bereichen Kraftstoffeffizienz, Raumluftqualität, PM- und CO-Emissionen sowie Sicherheit. Jeder Bereich, der separat zu bewerten ist, spiegelt eine Entwicklungssequenz von Stufe 0 für “typisch unverbessert” bis Stufe 3 wider, um signifikante, messbare hohe Ziele zu erreichen”. Das WBT 4.0-Protokoll mit Änderungsvorschlägen (Details siehe Dokument) sollte in der Zwischenzeit verwendet werden, während ein umfassenderes Protokoll entwickelt wird, das auch die Betriebsbedingungen vor Ort in den Labortest einbezieht und eine bestimmte Feldvalidierung erfordert. So ist es z.B. vorgesehen, die Leistung eines Ofens mit häufig beobachteten Schwankungen der Brennstofffeuchte, der Fördermenge, des Brennstofftyps usw. zu testen, um zu bewerten, wie sich ein Ofen an eine Reihe von “unbeabsichtigten” Anwendungen durch den Einsatz im Feld anpassen kann. Das neue Protokoll sollte auch die Partikelzusammensetzung einschließlich schwarzer Ruß und Chargenöfen bewerten, die von den aktuellen Protokollen nicht gut erfasst werden. Er betont auch, dass die Tests näher an den Nutzern und den echten Kraftstoffen durchgeführt werden sollten, die die Menschen häufig verwenden. Daher sollte die Einrichtung von qualifizierten regionalen Prüfzentren gefördert werden.

Kontrollierter Kochtest (CCT)

Wie der Wasserkochtest misst auch der Kontrollkochtest den Brennstoffverbrauch eines Ofens für eine bestimmte standardisierte Kochaufgabe, die für eine bestimmte Region typisch ist. Der CCT kann entweder in einer Laborumgebung oder in der Küche eines echten Benutzers durchgeführt werden, während der normale Benutzer den Ofen bedient und der Tester alle Einflussparameter beobachtet und aufzeichnet. Die Dauer des CCT wird durch die gewählte typische Garaufgabe bestimmt. Es ist nicht nur näher am Alltag, sondern ermöglicht auch eine reproduzierbare Messung der Ofeneigenschaften durch Minimierung des Einflusses anderer Faktoren. Der CCT wird immer wichtiger für Projekte, die sich für den CDM-Markt mit dem Goldstandard registrieren wollen. Es laufen Gespräche mit der UNFCCC, um Ergebnisse von CCTs anstelle der viel teureren KPTs zu akzeptieren.

Küchenleistungstest (KPT)

Der Kitchen Performance Test ist ein vollständig feldbasiertes Verfahren, das die Wirkung von Ofeninterventionen unter realen Bedingungen bewertet: Die KPT wird über mehrere Tage in den Häusern der Nutzer durchgeführt. Weniger Parameter sind steuerbar, da der Tester während der Prüfung nicht ständig anwesend ist. Dazu gehören quantitative Erhebungen über den Kraftstoffverbrauch des teilnehmenden Haushalts sowie qualitative Erhebungen über die Leistung und Akzeptanz des Ofens. Die KPT ist zeitaufwendiger, also teurer, aber sie ist der beste Weg, um die tatsächlichen Auswirkungen des Ofens auf den Brennstoffverbrauch und das Kochverhalten in den beteiligten Haushalten zu überwachen. Die KPT wird immer wichtiger für Projekte, die sich für den freiwilligen Kohlenstoffmarkt anmelden wollen, um die tatsächlichen Kraftstoffeinsparungen der Nutzer beim täglichen Kochen nachzuweisen.

Emissionsschutzprüfungen

Holz besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Die Hauptprodukte der vollständigen Verbrennung sind Kohlendioxid (CO2), Wasserdampf und Wärme. In Wirklichkeit ist es schwierig, eine vollständige Verbrennung von Biomasse in Öfen zu erreichen. Einige Herddesigns haben weniger Emissionen als andere, aber die Brennstoffeigenschaften haben immer noch einen großen Einfluss: Selbst der beste Herd kann nasses Holz kaum richtig verbrennen. Eine unvollständige Verbrennung führt zur Emission von kleinen Partikeln, Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NOX), Formaldehyd, Benzol und vielen anderen potenziell schädlichen organischen Substanzen. Im Hinblick auf die Gesundheit sind die Partikel- (PM) und CO-Emissionen von größter Bedeutung. Diese beiden Schadstoffe werden hauptsächlich in Emissionsschutzprüfungen gemessen. Aufgrund der Art des Brennstoffs verursachen Kaminöfen höhere PM-Emissionen als CO-Emissionen. Bei Holzkohle werden die flüchtigen Bestandteile, die die kleinen Partikel in den Emissionen verursachen, bereits im Produktionsprozess aus der Holzkohle entfernt. So haben Holzkohleöfen weniger PM-Emissionen, emittieren aber meist extrem viel CO, da der Topf oft sehr dicht auf dem Holzkohlebett liegt und keinen Platz für die Verbrennung des CO lässt.

Weitere Informationen zu Schadstoffen und deren Auswirkungen auf den menschlichen Körper finden Sie hier: David Pennise (2005): Grundlagen der Biomasseverschmutzung. Präsentation.

Die Emissionen können entweder aus der Rauchfahne des Ofens oder an einer bestimmten Stelle im Raum gemessen werden, die die ungefähre Position des Kochers widerspiegelt. Es gibt eine Reihe von relativ preiswerten, zuverlässigen und einfach zu bedienenden Geräten zur Messung der CO-Konzentration aus Ofenemissionen. Die Messung der kleinen lungengängigen Partikel, auch Partikel (PM) genannt, war dagegen bis vor kurzem recht schwierig. PM sind Aerosole, die aus Feststoffen (Staub, Ruß) und Flüssigkeitströpfchen von Teeren und anderen Verbrennungsprodukten (außer Wasserdampf) bestehen. Sie kommen in einem breiten Spektrum von Größen (zwischen 0,005µm und 100 µm Durchmesser) und mit sehr unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen vor. Die kleinen lungengängigen Partikel haben mehr gesundheitliche Beeinträchtigungen, da sie tiefer in die Lunge eindringen können. Daher konzentrieren sich moderne Analysemethoden nur auf die “feinen” Partikel mit Durchmessern unter 2,5 µm, genannt “PM2,5” oder unter 1 µm, genannt PM1,0.

Es gibt zwei Hauptmethoden zur Quantifizierung der PM-Exposition:

Gravimetrisches Verfahren – durch Ansaugen von Luft durch einen Filter und Wiegen der abgeschiedenen Partikel auf einer hochpräzisen Skala. Diese Methode ist arbeitsintensiv, langsam und anfällig für Unsicherheiten beim Filterhandling, Transport, Konditionierung und Wägen. Es wird jedoch seit langem im industriellen Umfeld eingesetzt und hat sich bei sachgemäßer Anwendung als robust erwiesen.

Kontinuierliche Überwachung der PM-Konzentration durch den Einsatz indirekter Techniken. Eine gängige Methode, die in Brandmeldern verwendet wird, misst die Reflektion des Lichts durch die Aerosole. Basierend auf diesem Prinzip hat das Center for Entrepreneurship in International Health and Development (CEIHD) der Universität Berkley ein Standardprotokoll zur Luftverschmutzung in Innenräumen entwickelt. Dieses Verfahren überwacht auf sehr feine Partikel (PM1.0) und feine Partikel (PM2.5).

Es wird vereinbart, dass Kraftstoffverbrauch und Emissionen eines Ofens gleichzeitig überwacht werden müssen, so dass Benchmarks für die gesamten PM- und CO-Emissionen eines Ofens während einer Standardleistungsprüfung diskutiert werden: Verbesserte” Öfen sollten bei einem 5-l-Wasserkochtest möglicherweise nicht mehr als 1.500 mg Partikel und 20 g CO produzieren. Dies spiegelt jedoch nicht unbedingt die tatsächliche Belastung des Kochs in der Küche unter Alltagsbedingungen wider.

Die Bestimmung der tatsächlichen Expositionswerte, denen eine Person ausgesetzt ist, erfordert eine persönliche Überwachung, z.B. das Anbringen von Dosimeterröhren (Glasröhren mit Chemikalien, die bei Exposition gegenüber Kohlenmonoxid verfärben) direkt auf der Kleidung des Kochs oder eines anderen Haushaltsmitglieds oder von leichten elektronischen Kohlenmonoxiddetektoren, die um den Hals getragen werden können. Obwohl die Überwachung der Haushaltsmitglieder technisch anspruchsvoller ist, liefert sie direkte Informationen über die tatsächliche Exposition von Menschen gegenüber gefährlichem Rauch.

Aprovechohas hat kürzlich tragbare Emissionen im Feld entwickelt.