Microcontroller gesteuerte Abbrandregelung

Automatische Abbrandregelung Technik vom morgen?

Um zu verstehen warum wir diese Technik empfehlen, gehört ein Verständnis für wie ein optimaler Abbrand ablaufen sollte.

Zusammenhang zwischen Luftmenge und Qualität der Verbrennung

Eine saubere und damit effiziente Verbrennung erfolgt nur bei ausreichend hohen Temperaturen und optimaler Verbrennungsluftmenge damit alle Kohlenstoffatome oxidiert werden können. Optimal bedeutet leider nicht so viel wie möglich, denn dann wäre der Abbrand einfach: alle Klappen auf.

zu wenig Verbrennungluft

Ein Holzfeuer mit zu wenig Luft bedeutet Rauchentwicklung, hohe Feinstaub Entstehung und mangelnde Oxidation von Kohlenstoff. Das CO kann nicht mehr oxidiert werden, selbst wenn die Temperaturen ausreichend wären (“heißes” CO). Wertvolle Energie geht einfach durch den Schornstein verloren. Hierbei wird nicht nur Energie verschwendet, sondern auch die Umwelt stark belastet. Diese Mangelverbrennung kann man je nach Schweregrad im Brennraum mit dem Auge gut beobachten.

zu viel Verbrennungluft

Zu viel an Verbrennungsluft kühlt die Rauchgase ab und die notwendige Temperatur für die Oxidation von CO fehlt (“kaltes” CO). Zu viel an Luft sieht man auch mit dem bloßen Auge nicht so wirklich gut. Das Feuer brennt zwar besser und rußt nicht aber auch hier wird ein Teil des “Treibstoffes” Holz durch den Schornstein unverbrannt entlassen und Energie verschwendet.

Energieverschwendung bedeutet immer, dass der Wirkungsgrad sinkt und man verbraucht für die gleiche Menge Wärme im Haus mehr Holz als notwendig.

optimale Versorgung mit Sauerstoff

Eine optimale Versorgung findet dann statt, wenn das Holzgas möglichst vollständig verbrennt (oxidiert). Der Referenzwert in einer Holzverbrennung ist demnach klar nachvollziehbar ein möglichst niedriger CO-Wert. Die Menge an notwenigem Sauerstoff ändert sich mit den Abbrandphasen und der Menge an gerade entstehenden zu verbrennendem Holzgas. Leider ist es nicht möglich dies anhand des Flammenbildes mit bloßem Auge zu erkennen. Auch der Schornstein regelt das nicht von alleine. Tatsächlich ist es nur mit Hilfe von Technik erreichbar.

Vorstellung zweier unterschiedlicher Systeme:

  1. Steuerung basierend auf der Abgastemperatur
  2. Regelung basierend auf der Temperatur und dem Kohlenmonoxid (CO) im Abgas

1. Steuerung basierend auf der Abgastemperatur

Die Steuerung registriert über Temperaturmessung direkt im Brennraum den aktuellen Stand des Brennprozesses und dosiert die Luftzufuhr in mehreren Schritten (meist 5 Schritte).

Dazu wird die Zeit vom Zünden bis zur höchst erreichten Temperatur gemessen und daraus die Abbrandzeit ermittelt. Die Schließung der Luftzufuhr erfolgt danach in mehreren Schritten, wobei aus Sicherheitsgründen immer ein Sauerstoffüberschuss vorhanden ist.

Zur Erhöhung des Bedienungskomforts wird meist eine drahtlose Kommunikation zwischen dem Display und der Steuereinheit angewandt.

Eine echte, dem Abbrand bedarfsgerechte Steuerung der Luftzufuhr erfolgt dabei nicht.

2. Regelung basierend auf der Temperatur und dem Kohlenmonoxid (CO) im Abgas

Ein Sensor im Abgas des Ofens liefert Kohlenmonoxid- und Temperatur-Werte an eine Mikrocontroller Steuereinheit. Diese analysiert permanent die Abgaswerte und regelt abhängig davon während aller Phasen des Abbrandes stufenlos die benötigte Verbrennungsluftmenge.

Die Regelung erfolgt vom Anzünden bis zur Glut, inklusive aller Nachschürvorgänge.

Die Abbrandregelung reguliert die Verbrennungsluftzufuhr automatisch so, dass CO-Emission und Abgastemperatur möglichst gering sind. Die Minimierung der CO-Emission und die Optimierung der Luftzufuhr sorgen für eine deutliche Wirkungsgradverbesserung.

Mikrocontroller basierende Steuerung

  • moderner Mikrokontroller mit digitalen und analogen Schnittstellen
  • Spannungsversorgung Gesamtsystem über 9V-Stecker-Netzteil
  • sehr guter EMV-Schutz
  • wärmebeständig
  • Installation im Bereich des Ofens ohne Kabelführung nach außen
oControl-Steuerung

Kombinierter Kohlenmonoxid- und Temperatursensor

keramisch vergossen in einer Messinghülle:

  • hochempfindlicher CO-Sensor zur Bewertung der Abgasqualität mit integriertem Temperatursensor
  • Einbau im Rauchgaszug oder in einer Putzklappe Silikonkabel (bis 180°C) mit Steckverbinder wartungsarm, keine Kalibrierung erforderlich
CO-Sensor

Servoantrieb der Verbrennungsluftklappe

  • Wird in der Tür integriert und steuert die eingebaute Klappe in der Tür
  • oder ist in der Drosselklappe der externen Verbrennungsluftleitung enthalten.
Servo

Visualisierung und Bedienung

  • ist über Android-Geräte (Smartphones, Tablets) oder Windows-PCs möglich
  • drahtlose Anbindung über Bluetooth
  • Visualisierung der jeweiligen Abbrand-Phase, der Abgaswerte, der Klappenöffnung und der Abbrand-Dauer
  • manuelle Eingriffe sind jederzeit möglich
Android-App-Screen

Was macht die CO-basierende Abbrandregelung so besonders?

Herrn Uwe Kannengießer ist es mit oControl erstmals gelungen, ein System zu entwickeln, mit dem die komplexen Abbrandphasen eines Holzfeuers analysiert und geregelt werden können. Erst die permanente Bewertung der CO-Werte während des gesamten Abbrandes auf Basis eines neuartigen Kombi-Sensors und einer leistungsfähigen Mikrocontroller Steuerung hat dies ermöglicht.

Es reicht bei Weitem nicht aus, die CO-Werte zu messen und daraus eine Klappenstellung zu ermitteln. Ein Holzfeuer hat in jeder Phase des Abbrandes verschiedene Idealwerte des CO-Gehaltes. Das macht die Analyse der Heizgase, um daraus die ideale Verbrennungsluftmenge abzuleiten, so schwierig.

oControl regelt die Verbrennung vom Anzünden über das Nachschüren bis zur Glutphase problemlos und das mit nachweisbar hervorragenden Abgaswerten.

Wir haben oControl seit 2013 im Einsatz und in den meisten unserer Projekte verbaut.

Unsere Kunden bestätigen ausnahmslos die hervorragende Funktion der oControl Regelung und möchten sie nicht mehr missen.

Ist oControl erst einmal verbaut, der CO-Sensor an der korrekten Stelle platziert und die Klappe eingelernt, arbeitet die Regelung ohne weiteres Zutun des Anwenders. Für die Inbetriebnahme des Systems sind keine besonderen Kenntnisse erforderlich. Eine Nachjustierung bzw. Optimierung von Parametern ist nicht erforderlich.

Die oControl arbeitet bis heute an all unseren Systemen mängelfrei. Eine besondere Wartung ist nicht erforderlich. Wir empfehlen den CO-Sensor einmal jährlich mit einem Staubsauger zu reinigen.

An allen Holzofensystemen, deren Abgase mit einer Temperatur unter 240°C in den Schornstein münden, kann die oControl eingesetzt werden.

Warmluftöfen vom Baumarkt funktionieren können nicht mit oControl ausgestattet werden, da hier aus Sicherheitsgründen die Verbrennungsluftversorgung nicht komplett geschlossen werden kann und darf.

Was geschieht im Ofen während der Abbrandregelung mit oControl?

Beim Öffnen der Brennraumtür oder Betätigen des Starttasters wird die Verbrennungsluftklappe komplett geöffnet. oControl analysiert permanent die Entwicklung der CO-Werte und der Abgastemperatur und erkennt das Anzünden des Ofens.

Zum Zeitpunkt des Zündvorganges ist der Ofen noch relativ kühl und der Volumenstrom der Heizgase durch den Ofen langsam, obwohl die Verbrennungsluftklappe 100% geöffnet ist. Das Holz, welches idealerweise von oben gezündet wurde gerät immer mehr in Flammen. Die Heizgastemperatur steigt, die Luftströmung von der Klappe durch den Ofen in den Kamin erhöht sich

oControl beginnt bei Erreichen einer individuell voreingestellten Abgasgastemperatur mit der Regelung der Verbrennungsluftzufuhr. Die Steuereinheit analysiert die Messwerte der Kombisonde und regelt die Klappe der Luftzufuhr so dass der Volumenstrom möglichst reduziert wird, ohne die CO-Werte ansteigen zu lassen. Eine möglichst geringe Strömungsgeschwindigkeit bei geringen CO-Werten ist die Basis für eine ideale Verbrennung:

  • heißer Brennraum (da weniger Kühlluft von außen einströmt)
  • lange Verweildauer der Gase in der Brennkammer.

Die geringe Strömungsgeschwindigkeit im System hat weitere entscheidende Vorteile:

  • der Wärmespeicher des Ofens hat wesentlich mehr Zeit die Hitze der Heizgase aufzunehmen
  • Verluste durch zu hohe Abgastemperaturen werden minimiert
  • die Abbrandzeit verlängert sich deutlich
  • der Wirkungsgrad steigt
  • weniger Feinstaub wird nach außen transportiert

Es spielt dabei keine Rolle, ob die Heizgase durch lange Züge aus Schamotte eines Grundofens, dem Heizgaswärmetauscher eines Warmluftofens oder durch ein Wasserregister abgekühlt werden. Die Effektivität steigt bei jedem Ofentyp.

oControl erkennt anhand der Abgaswerte zuverlässig das Ende des Abbrandes und schließt die Luftzufuhr in der Glutphase. Dadurch bleibt die in der Ofenhülle gespeicherte Wärme in der Wohnung und wird nicht durch den Kamin nach außen transportiert.

Wollen sie mehr zur oControl wissen, klicken sie hier.