Ueber die Ausnutzung der Brennstoffe durch Zimmeröfen; von Ferd. Fischer. Mit einer Abbildung. F. Fischer, über die Ausnutzung der Brennstoffe durch Zimmeröfen. Vom 1. Juli 1877 bis zum 31. December 1878 sind in Deutschland 56 Patente auf Zimmeröfen ertheilt worden – wohl der beste Beweis, daſs man mit den Leistungen der jetzigen Oefen nicht zufrieden ist. Um so befremdlicher muſs es erscheinen, daſs Versuche über die Ausnutzung der Brennstoffe durch Zimmeröfen bis jetzt noch gar nicht gemacht zu sein scheinen; wenigstens sind meines Wissens keine solche veröffentlicht. Zwar versuchte Bull (1827 24 251. 336) die Heizkraft der Brennstoffe durch einen Zimmerofen zu bestimmen, konnte aber wegen Nichtbeachtung der Verluste durch die Rauchgase keine irgend wie brauchbare Resultate erzielen. Ferner hat Professor F. Rhien nach einer Flugschrift vom „Eisenwerk Kaiserslautern“ folgende 6 Analysen der Rauchgase des „Schachtofens für Centralheizungen“ (*1877 226 2) gemacht: Bestandtheile Kanale im Fullhalsoffen Kanale geschlossen 1 2 3 Mittel 1 2 3 Mittel Kohlensäure   3,5   3,4   3,8   3,570   4,8   4,60   6,0   5,130 Kohlenoxyd 0 0   0,1   0,033   0,8   1,25   1,0   1,017 Sauerstoff 13,1 13,4 13,7 13,400 13,4 13,40 13,0 13,300 Diesem Sauerstoff entspricht Stickstoff 53,600 53,200 Stickstoff der verbrannten Luft und Wasser-dampf 29,397 27,353 Und durch solche Analysen, denen man auf den ersten Blick ansieht, daſs sie durchaus falsch sind, ist angeblich „wissenschaftlich nachgewiesen, daſs die Verbrennung äuſserst sparsam ist“, während sie, falls sie richtig wären, das Gegentheil beweisen würden. – Weitere Versuche sind mir nicht bekannt. Unsere Zimmeröfen haben bekanntlich den Zweck, auf eine möglichst billige und wenig beschwerliche Weise die Temperatur der Zimmer je nach Gewohnheit und Liebhaberei auf 15 bis 20° zu bringen und zu erhalten. Um zunächst die erforderliche Wärme zu erzeugen, haben wir zu berücksichtigen, daſs zu einer vollständigen Verbrennung nicht nur eine hinreichende Menge atmosphärischer Luft, sondern daſs auch eine genügend hohe Temperatur nöthig ist. Diese Bedingungen für eine möglichst vollständige Wärmeentwicklung werden in unseren Stubenöfen meist nur sehr unvollkommen erreicht. Weitaus in den meisten Fällen werden die Kohlen in gewissen Zeiträumen auf das mehr oder weniger niedergebrannte Feuer geworfen. Durch die Wärme entwickelt sich eine groſse Menge Leuchtgas, zu deren völliger Verbrennung in einigen wenigen Fällen die zugeführte Luft nicht ausreicht, so daſs Kohlenoxyd, auch wohl Kohlenwasserstoffe, namentlich aber ausgeschiedener Kohlenstoff, Ruſs, entweichen. Andererseits wird zum Erwärmen der Kohle und zur Entwicklung des Leuchtgases Wärme verbraucht und dadurch das Gasgemenge theilweise unter die Entzündungstemperatur abgekühlt, die Rauchgase enthalten wieder Ruſs, oft auch Kohlenoxyd und andere brennbare Gase. Dies tritt um so leichter ein, als unmittelbar vorher durch die theilweise blosgelegten Rostspalten und während des Schürais durch die Thür groſse Mengen Luft eintreten und den Feuerraum abkühlen. Die Leuchtgasentwicklung läſst allmälig nach, die Temperatur erhöht sich, die Rauchbildung hört auf und die zurückbleibende Koke verbrennt ohne Flamme. Besser stellen sich in dieser Beziehung die Füllöfen, in denen die Kohlen von oben herabbrennen, da hier das gebildete Leuchtgas mit Luft gemischt durch eine Schicht glühender Kohlen streichen muſs, so daſs in Folge dessen meist eine völlige Verbrennung erzielt wird, falls es nicht etwa an Sauerstoff mangelt. In gleicher Weise wie Steinkohle geben Braunkohle, Torf und Holz erst Leuchtgas, dann ohne Flamme brennende Kohle. Immer aber erschwert jede zu starke Abkühlung des Feuerraumes die vollständige Verbrennung, begünstigt daher die Rauchbildung. Abgesehen von dem unmittelbaren Wärmeverlust wird durch die Ruſsablagerung in den Zügen die Uebertragung der Wärme von den Feuergasen auf die Zimmerluft wesentlich erschwert, der Wärmeverlust durch die Rauchgase somit vergröſsert. Die glühenden Kohlen sollten demnach die Eisenflächen des Ofens nicht unmittelbar berühren, sondern durch eine Schicht feuerfester Steine davon getrennt und dadurch vor zu starker Abkühlung geschützt sein. Daſs diese Abkühlung und damit Rauchbildung durch die Unsitte des Nässens der Kohlen wesentlich begünstigt wird, liegt auf der Hand (vgl. 1879 232 347). Unvollständige Verbrennung in Folge von Luftmangel dürfte bei den gewöhnlichen Oefen kaum vorkommen; im Gegentheil lassen dieselben durchweg zu viel Luft eintreten, wodurch das Gasgemisch, namentlich die an Kohlenstoff reicheren Bestandtheile desselben, oft unter die Entzündungstemperatur abgekühlt wird und daher unverbrannt entweicht. Bei einigen Oefen ist der Wärmeverlust erheblich, welcher dadurch veranlaſst wird, daſs Kohlenstückchen unverbrannt durch den Rost fallen und Koke auf dem Rost in Folge zu groſser Abkühlung nicht völlig ausbrennt. In solchen Fällen empfiehlt es sich, das durch die Rostspalten gefallene Gemisch gegen das Ende des Heizens auf die in noch mäſsiger Glut befindlichen Kohlenreste zu bringen. Durch die Aschendecke wird dann die Wärme derartig zusammengehalten und die Luftzufuhr gemäſsigt, daſs die Kohlenreste fast völlig ausbrennen. Die durch vollständige Verbrennung erzielte Wärme soll aber im Zimmer bleiben und nicht mit den Rauchgasen in den Schornstein entweichen. Die Gröſse dieses Verlustes festzustellen, war der Zweck der nachfolgenden Versuche. Tabelle I. Zeit Kohlensaure Kohlenoxyd Sauerstoff Stickstoff Zugstarke AbzugsgaseTemperatur Bemerkungen Uhr  9101112 Min.20304050–10203040–1020304050–1020304050 10,4  9,5  8,110,2  6,4  5,1  3,2  2,3  1,4  7,3  6,8  5,9  4,0  5,2  4,1  3,2  2,8  2,4  1,8  1,4  1,2 SpurSpur0000000SpurSpur0000000000   9,510,511,8  9,813,815,317,418,519,512,613,314,416,515,416,517,618,018,319,119,419,7 80,180,080,180,079,879,679,479,279,180,179,979,779,579,479,479,279,279,379,179,279,1 2mm1,82,01,92,0 262°293324301320322310301 Seit 7 Uhr 30 gut gefeuert. Kohlen-    schicht etwa 22cm hoch.Zimmertemp. 11°; Lufttemp. 4°.Nach dem Umarbeiten der Masse.Kohlen bis auf etwa 12cm herunter-    gebrannt.Nach dem Aufwerfen; starke Ruſsab-    scheidung.Umgearbeitet.Zimmertemp. 13°. Thaupunkt 8°.   4,9 0 15,5 79,6 304 Mittel. Tabelle I zeigt zunächst die Analysen der Rauchgase eines 1m,2 breiten und 3m hohen Kachelofens mit eisernem Einsatz. Die zum Heizen verwendete westfälische Steinkohle hatte im Mittel folgende Zusammenstellung: Kohlenstoff 78,0 Wasserstoff   3,5 Sauerstoff   8,0 Schwefel   1,6 Stickstoff   1,1 Wasser   3,5 Asche   4,0 –––– 99,7. Bei der vollständigen Verbrennung gibt demnach 1k Kohle: Dazu erforderlicheMenge Sauerstoff k k Kohlensaure 1cbm,45 oder 2,86 2,08 Wasser, durch Verbrennung 0,315 0,28 Desgl., hygroskopisches 0,035  0 Schwefligsaure 0,032 0,016 Stickstoff 0,011  0 ––––––––––––––––––––––––– 3,253 2,376 erfordert dazu (2,38 – 0,08 =) 2k,3 Sauerstoff, entsprechend fast 10k oder 7cbm,7 atmosphärische Luft, und gibt dabei rund 7200c. Aus dem Mittel der Analysen berechnet sich in der früher (1879 232 338) besprochenen Weise folgender Wärmeverlust: 1k Kohle gibt 300 × Spec.Warme Warme-verlust cbm k c Kohlensaure 4,9   1,45   2,86   70,23   201 Sauerstoff 15,5   4,59   6,56   65,25   428 Stickstoff 79,6 23,56 29,61   73,14 2166 Schwefligsäure –   0,03   46,59       2 WasserWassergehalt der Luft ––   0,35  0,25 144,15     87 ––––– –––––– 39,60  2884. Trotzdem bei diesem Versuche das Feuer vorsichtiger geleitet wurde als sonst, entwichen demnach mit den Rauchgasen noch 40 Procent des gesammten Brennwerthes. Bei der nächsten Versuchsreihe Tabelle II wurde wie gewöhnlich mit denselben Kohlen gefeuert; die erhaltenen Mittelwerthe ergeben folgenden Verlust: 1k Kohle gibt 340 × Spec.Warme Warme-verlust cbm k c Kohlensäure 2,8 1,45 2,86   79,59   228 Sauerstoff 17,9 9,27 13,26   73,95   981 Stickstoff 79,3 41,07 51,60   83,09 4287 Schwefligsaure 0,03   52,80       2 WasserWassergehalt der Luft 0,350,55 163,37   147 ––––– –––––– 68,65 5645. Tabelle II. Zeit Kohlensäure Kohlenoxyd Sauerstoff Stickstoff Zugstärke AbzugsgaseTemperatur Bemerkungen Uhr2345 Min.–1020304050–1020304050–1020304050–102030 5,14,13,04,84,03,63,12,21,81,25,25,04,03,63,12,81,81,21,10,90,80,7 000SpurSpur00000SpurSpur0000000000 15,416,517,615,716,617,117,718,619,019,715,015,216,617,117,618,019,119,619,820,020,120,3 79,579,479,479,579,479,379,279,279,279,179,879,879,479,379,279,279,179,279,179,179,179,0 4mm4,355,25,5 351°342334322352344338 Luftemperatur 0°, Zimmertemp. 13°.Nach dem Aufwerfen; Ruſs.Zimmertemperatur 15,4°.Nach dem Aufwerfen; Ruſs.Zimmertemperatur 15,3°.Thaupunkt 12°. 2,8 0 17,9 79,3 – 340 Mittel. Hier entwichen also fast 80 Procent des gesammten Brennwerthes, was wohl theilweise dem verstärkten Zuge zuzuschreiben ist. Dabei ist noch nicht berücksichtigt der Verlust durch Ruſs und Kohlenoxyd, der wohl kaum mehr als 1 Proc. betragen kann, sowie für die unverbrannte Kohle. Da die Asche bis zur völligen Abkühlung im Aschenfall bleibt, so wird durch die höhere Temperatur derselben kein Wärmeverlust herbeigeführt (vgl. 1879 232 339). Textabbildung Bd. 233, S. 137 Es wurden nun Versuche mit dem in nachstehender Figur im Durchschnitt in 1/20 n. Gr. abgebildeten eisernen Ofen gemacht. Der 0m,5 hohe Feuerraum A ist mit feuerfesten Steinen ausgesetzt; die Thüren zu der mit einer schrägen Rast versehenen Schüröffhung a und die zum Aschenfall B sind mit einer Verschraubung versehen, schlieſsen aber leider, wie auch die Füllthür b, nicht völlig dicht. Die Rauchgase gehen in der Pfeilrichtung durch den Aufsatz C und entweichen durch das Blechrohr D zum Schornstein. In dem Rohransatz d ist mittels eines gut schlieſsenden Korkes das Thermometer t (Geiſsler'sches mit Stickstofffüllung), das zum Zugmesser führende Rohr e und das mit dem Apparat zur Untersuchung der Rauchgase verbundene Glasrohr f befestigt. Sämmtliche Fugen am Ofen sind mit einem Gemisch von Wasserglas, Asbest und Thon sorgfältig gedichtet. Durch die vielen Biegungen werden die Rauchgase völlig gemischt; gleichzeitig bei c und d genommene Gasproben hatten bis auf 0,1 Proc. genau dieselbe Zusammensetzung. Tabelle III. Zeit Kohlensaure Kohlenoxyd Sauerstoff Stickstoff AbzugsgaseTemperatur Bemerkungen Uhr234567 Min.50–1020304050–1020304050–1020304050–10203040–10 12,512,611,511,813,714,113,613,513,413,513,112,011,911,811,811,511,110,710,2  9,9  9,9  9,3  9,0  8,6  7,7  7,1 000Spur0000000000000000000000   8,0  7,9  9,1  8,4  6,4  6,2  6,7  6,9  7,2  7,0  7,4  8,6  8,6  8,9  8,8  9,2  9,410,010,410,810,711,511,712,313,113,7 79,579,579,479,879,979,779,779,679,479,579,579,479,579,379,479,379,579,379,479,379,479,279,379,179,279,2   240°241240201234242248206229248247246245245243239235226220211206190179150129112 Windstill, Temp. 4°, im Laboratorium 12°.1mm Zugstarke.Dann nachgeworfen, Thüren geschlossen.Nochmals aufgeworfen.2mm Zug.2mm,2 Zug. Untere Thür mögl. gedichtet.Thaupunkt 140.Temperatur im Laboratorium 25° 11,4 0   9,2 79,4 218 Mittel. Tabelle III zeigt die Analysen der Rauchgase bei der Feuerung mit Piesberger Anthracit. Das Mittel derselben gibt nur einen Wärmeverlust von 15 Procent des Gesammtbrennwerthes. Bei der zweiten Versuchsreihe mit Anthracit (Tab. IV) wurden mittels der schon früher (* 1878 230 322) verglichenen Pyrometer die Temperaturen des Feuerraumes Tabelle IV. Zeit Kohlensaure Sauerstoff Stickstoff Zugstarke AbzugsgaseTemperatur Ofentemp. Bemerkungen Steinle undHartung Siemens Fischer Uhr12  1  2  3  4  5  6 Min.10203045––153045–153045–153045–30–   9,310,211,210,910,7  8,3  9,210,311,713,612,812,111,811,711,210,911,010,510,4    9,11 11,110,1  9,2  9,5  9,812,011,410,0  8,7  6,7  7,5  8,3  8,8    8,81  9,3  9,7  9,610,010,311,6 79,679,779,679,679,579,779,479,779,679,779,779,679,479,579,579,479,479,579,379,3 5mm5,35 bis 666 184°214219225228207162202228234241237234230226221219218216202 860850710700750909830838848820807789762703 992959949845820800766713739731722708691624 981948926826809797748700730719699683615 11 Uhr 40 aufgeworfen.Aschenthur wenig geoffnet.Ofen in der Mitte rothglühend.Starker Südwind, Temp. 8°.Dann frisch aufgeworfen.Thaupunkt 12°.10l enthielten 64mg SO2 und    12mg SO3.12l enthielten 49mg SO2 und    10mg SO3.Temp. im Laboratorium 24°.Thaupunkt 14°. gemessen, indem statt der Thür b eine Blechscheibe mit den genau eingepaſsten Apparaten eingesetzt wurde. Bezüglich der PyrometerDie Angabe E. Buchner's (1879 232 430), daſs beim Gebrauch meines Pyrometers zwei Personen erforderlich wären, muſs ich bestreiten. Weder ich, noch zwei mir bekannte Chemiker, die denselben Apparat gebrauchen, haben eine Hilfe nöthig. ergibt sich zunächst, daſs für hohe Temperaturen das Pyrometer von Steinle und Hartung allerdings unbrauchbar ist, da es nicht wie früher nur regelmäſsig bis 145° zu hohe Temperaturen anzeigt, sondern auch einmal 130° zu wenig. Die Angaben der beiden anderen Apparate stimmten befriedigend. Bemerkenswerth ist die groſse Temperaturabnahme auf dem verhältniſsmäſsig kurzen Wege von b nach d, sowie auch der Gehalt der Rauchgase an Schwefeltrioxyd (vgl. 1876 221 470). Der Wärmeverlust betrug im Mittel 17 Procent des Gesammtbrennwerthes; Kohlenoxyd war überall nicht nachweisbar. Welchen Einfluſs das Oeffnen der Ofenthüren hat, zeigt folgende Versuchsreihe mit Kokefeuerung: Zeit Kohlensaure Kohlenoxyd Sauerstoff Stickstoff AbzugsgaseTemperatur Bemerkungen Uhr34 Min.1020304050–   9,2  9,610,411,812,112,7 000000 11,410,910,2  8,9  8,6  8,0 79,479,579,479,379,379,3   118°132158191258312 Zug 1mm,5. Thüren geschlossen.Aschenfallthür geoffnet; Oefen mit Koke    gefüllt.Zug 1mm,9.Zug 2mm. Diese letzte Analyse entspricht einem Wärmeverlust von etwa 17 Proc. Nun wurde die Thür zum Aschenfall B wieder geschlossen: Zeit Kohlensaure Kohlenoxyd Sauerstoff Stickstoff AbzugsgaseTemperatur Bemerkungen Uhr4 Min.15253545 12,812,913,012,8 0000 7,87,87,68,0 79,479,379,479,2   241°151140122 Lufttemperatur 9°.Koke nachgeworfen.Zug 1mm,7. Die letzte Analyse entspricht einem Wärmeverlust von etwa 6 Proc. Jetzt wurde die Thür zum Aschenfall ganz, die Feuerthür etwas geöffnet. In Folge der ungehinderten Luftzuführung wurde die Verbrennung sofort sehr lebhaft, die Temperatur der abziehenden Gase stieg rasch, so daſs das Thermometer t bald entfernt werden muſste, während dem verstärkten Zuge entsprechend der Kohlensäuregehalt fiel, der Wärmeverlust aber derartig stieg, daſs die letzte der folgenden Analysen etwa 40 Procent des Brennwerthes entspricht. Zeit Kohlensaure Kohlenoxyd Sauerstoff Stickstoff RauchgaseTemperatur Bemerkungen Uhr5 Min.–102030 10,2  9,0  8,4  7,1 0000 10,411,612,313,7 79,479,479,379,2   182°247344über 360 Zug 2mm,5.Zug 4mm. Diese Versuche, die inzwischen auch mit anderen Brennstoffen unter den verschiedensten Verhältniſsen fortgesetzt werden, bestätigen, daſs Kachelöfen für die Wärmeabgabe an die Zimmerluft viel ungünstiger sind als Eisenöfen. In der That scheint es fast, als ob die Kachelöfen bestimmt wären, den Schornstein, nicht aber das Zimmer zu heizen, da die mit der Zimmerluft in Berührung kommenden Flächen unter Vermeidung scharfer Ecken und Unebenheiten sorgfältig mit einer Glasur versehen werden – alles Umstände, welche die Wärmeabgabe möglichst erschweren. Dem entsprechend gingen auch die Gase aus dem vorhin erwähnten Kachelofen, obgleich derselbe – abgesehen von dem eisernen Einsatz – etwa die sechsfache Heizfläche hat, mit durchweg 100° mehr in den Schornstein als aus dem kleinen eisernen Ofen, dessen Oberfläche vollständig mit kleinen, vorspringenden Verzierungen bedeckt, für die Wärmeabgabe demnach sehr günstig ist. Der Wärmeverlust der Kachelöfen kann allerdings durch guten Verschluſs der Thüren wesentlich gemindert werden; wegen der ungleichen Ausdehnung von Eisen und Thon ist aber ein völliger Verschluſs wohl kaum zu erreichen. Wird die Luftzufuhr bei dem mit Steinen ausgesetzten eisernen Ofen richtig durch gut schlieſsende Thüren gehandhabt, so halten sie die Wärme wohl ebenso lange als die Kachelöfen; jedenfalls lassen sie weit weniger Wärme in den Schornstein gehen als diese, sind daher überall da vorzuziehen, wo man Ursache hat, sparsam zu sein.