Der Grundofen auf dem Prüfstand der Wissenschaft

Die folgende Artikelserie fasst die zentralen Ergebnisse zusammen und ordnet sie kritisch ein. Die Studie wurde vom DBFZ (Deutsches Biomasseforschungszentrum, Leipzig) unter Leitung von Prof. Dr. Ingo Hartmann, Dr. Mirjam Müller und Mario König im Auftrag des Vereins 850° Handwerklicher Grundofen e.V. erstellt und im April 2026 vorgelegt. 850 Grad vertritt das handwerkliche Ofensetzerhandwerk und hat als Verein ein unmittelbares Interesse daran, den Grundofen als Heiztechnologie wissenschaftlich zu untermauern.

Formal gliedert sich die Untersuchung in drei Arbeitspakete: erstens eine Literaturrecherche zu Verbrennungstechnik, Normen und Prüfverfahren in Deutschland, Österreich und der Schweiz; zweitens eine gemeinsam mit 850 Grad erarbeitete SWOT-Analyse zur Zukunftsfähigkeit der Speicherfeuerstätte; drittens eine theoretische Betrachtung technischer Emissionsminderungsmaßnahmen (Katalysatoren, Staubabscheider, CFD-Simulation). Ergänzt wird dies durch eigene Feldmessungen an einem Wohnhaus in Bachhagel (Bayern) sowie durch eine von 850 Grad in Auftrag gegebene Prüfstandsmessung bei der Rhein-Ruhr Feuerstätten Prüfstelle (RRF).

Kurzer Blick zurück: Vom Hypo­kau­stum zum Grundofen im Passivhaus

Die Studie widmet der Technikgeschichte einen eigenen Abschnitt – vom römischen Hypokaustum über den mittelalterlichen Hinterlader-Kachelofen und den 1767 von Carl Johan Cronstedt entwickelten schwedischen Kachelofen bis zur Renaissance des Grundofens im Zuge von Ölkrise und Klimadebatte. Bereits im 18. Jahrhundert war ein Trend zur Holzknappheit zu beobachten, da Holz bis an die Grenzen der Verfügbarkeit genutzt wurde. Soziale Ungleichheit führte zu extremer Ressourcenknappheit in bestimmten Bevölkerungsgruppen. Der Diskurs über Holznot war sowohl ein reales als auch ein politisches Problem, das die Bedeutung von Holz für die menschliche Kultur betonte. Verschiedene Ansätze wurden entwickelt, um der Holznot entgegenzuwirken und eine nachhaltige Forstwirtschaft zu fördern. Ab dem späten 17. und zunehmend im 18. Jahrhundert war durch voranschreitende Abholzung eine Brennholzeinsparung notwendig, so dass sparsamere Öfen nachgefragt wurden. König Friedrich II. von Preußen soll einen Wettbewerb für sparsamere Holzöfen ausgerufen haben. Ein bekanntes Beispiel für die Entwicklungen jener Zeit ist der schwedische Kachelofen, wobei im Jahr 1767 der schwedische Architekt Carl Johan Cronstedt im Auftrag des Königs einen neuartigen, effizienteren Kachelofen aus der Kombination von zwei bekannten Ofentypen (gemauerte Züge und hohe platzsparende Bauweise) entwickelte [14]. Die Rauchgase stiegen zunächst zentral nach oben und wurden dann durch mehrere vertikale und horizontale Züge innerhalb des Ofens geleitet, bevor die Abgase zum Schornstein geführt wurden [15]. Durch diese geschickte Führung kühlten die Abgase ab und gaben die in den Abgasen enthaltene Wärme an die keramischen Wände der Rauchgaszüge ab, was den Wirkungsgrad erhöhte und den Holzverbrauch deutlich senkte. Der Cronstedt-Ofen erreichte also höhere Wirkungsgrade als zuvor und diente als Vorbild für Kachelöfen in anderen europäischen Ländern. Insgesamt führten solche Verbesserungen dazu, dass ein „gut gebauter“ Grundofen am Ende des 18. Jahrhunderts durch eine für damalige Verhältnisse nahezu vollständige Verbrennung des Holzes und eine langanhaltende Wärmespeicherung charakterisiert wurde, da im Gegensatz zu früheren Öfen nur noch wenig Asche übrig blieb und seltener Holz nachgelegt werden musste.

Der Kern der Studie ist eine Zusammenstellung aller auffindbaren publizierten Emissionsmessungen an Grundöfen.«

Der Übergang zur industriellen Gesellschaft führte zu einem signifikanten Wandel in der Ressourcennutzung. Kohle wurde zum Hauptenergieträger und ersetzte Holz als wichtigste Ressource. Der Holzverbrauch stieg dennoch durch Bevölkerungswachstum und industrielle Entwicklung. Die Diskussion um Holznot verstummte jedoch mit der Industrialisierung. Die Nutzung fossiler Brennstoffe führte zu einem nicht nachhaltigen wirtschaftlichen Wachstum. Die historische Auseinandersetzung mit Ressourcenknappheit bietet wertvolle Einsichten für die heutige Diskussion. Der Diskurs um Holznot und nachhaltige Forstwirtschaft ist von ungebrochener Aktualität. Die Erfahrungen der „Holzsparkunst“ können als Vorbild für moderne Nachhaltigkeitsstrategien dienen. Die Notwendigkeit einer sozialökonomischen Transformation wird betont. Zukünftige Gesellschaften müssen einen neuen Umgang mit Ressourcen entwickeln, um nachhaltige Lebensweisen zu fördern.

Im Kontext des energieeffizienten Bauens (z. B. Passivhäuser, Niedrigenergiehäuser) wird der Grundofen als ein Bestandteil ganzheitlicher Heizkonzepte genannt. In gut gedämmten Häusern kann ein einziger zentral positionierter Grundofen mit geringem Holzverbrauch an kalten Tagen die Wärmeversorgung ermöglichen, während eine Solaranlage oder Wärmepumpe den restlichen Bedarf deckt. Der Grundofen fungiert dabei als Spitzenlastofen.

Bemerkenswert und für die Branche relevant: 2023 wurde das Netzwerk Kachelofenbau von der UNESCO als immaterielles Kulturerbe anerkannt. Erreicht wurde diese wichtige Auszeichnung durch die Zusammenarbeit vom Kachelofenmuseum Velten und 850 Grad Handwerklicher Grundofen e.V.

Bauprinzip: Warum der Grundofen anders heizt

Ein Grundofen ist – anders als der industriell gefertigte Kaminofen – eine vor Ort handwerklich gemauerte Feuerstätte aus Schamotte, Ziegel, Lehm und/oder Naturstein, deren Kernmerkmal die große keramische Speichermasse ist. Die Studie unterscheidet nach Wanddicke und Speicherdauer drei Bauarten: leicht (Nachlegeintervall ca. 5 Stunden), mittelschwer (ca. 8 Stunden) und schwer (bis 12 Stunden). Das Funktionsprinzip: Das Holz wird als Füllfeuerung in einem einzigen Abbrand von rund 1,5 bis 2 Stunden weitgehend vollständig verbrannt; die dabei freigesetzte Wärme wird nicht direkt, sondern über ein System keramischer Heizgaszüge zeitversetzt gespeichert und über viele Stunden bei vergleichsweise niedrigen Oberflächentemperaturen von etwa 35 bis 70 °C überwiegend als Infrarotstrahlung an den Raum abgegeben.

Zentrale Kennzahlen laut Studie: Wirkungsgrade weit über 80 %, Nachlegeintervalle von ein- bis zweimal täglich, und – als praktisch bedeutsamer Punkt – eine reduzierte Anfälligkeit für Bedienfehler, weil die Verbrennungsluftsteuerung am Grundofen in der Regel nur zwei Stellungen kennt (Anheizen / Ausbrand) statt einer stufenlosen, für Laien schwer zu optimierenden Regelung wie bei vielen Kaminöfen.

Baumaterialien, Lebenszyklus und Ressourcenschonung

Anders als industriell gefertigte Kaminöfen besteht ein Grundofen bis auf die Ofentür praktisch vollständig aus mineralischen Werkstoffen: hochtemperaturfeste Schamotte (Al₂O₃-SiO₂-Mischungen, temperaturbeständig über 1.000 °C) für Brennraum und erste Heizgaszüge, glasierte oder unglasierte Ofenkacheln, Lehmputz, Ziegel oder Naturstein für die Außenhülle sowie Spezialmörtel für die Vermauerung.

Die Studie verweist hier auf ein aus Sicht der Bau- und Kreislaufwirtschaft interessantes Argument: Mineralische Baustoffe lassen sich mit Recyclingquoten von über 90 % im etablierten Baustoffrecycling wiederverwerten, metallische Bauteile wie Ofentüren und -rohre über separates Schrottrecycling. Der massemäßige Anteil dieser metallischen Komponenten am Gesamtofen ist gering.

Für die von 850 Grad selbst formulierte Vision einer regenerativen, importunabhängigen Wärmeversorgung ist dieser Materialaspekt eng mit dem Konzept des „Systemwirkungsgrades“ verknüpft, das die Studie als Auftragsgegenstand für ein mögliches Folgeprojekt beschreibt: eine Ökobilanzierung (Life-Cycle-Assessment) über Materialherstellung, Brennstoffquellen, Emissionen und Nutzungsgrad hinweg, bei der ein fest installierter, langlebiger Grundofen im Vergleich zu Systemen mit Rohrleitungen, Pufferspeichern und regelmäßig zu tauschenden Komponenten potenzielle Vorteile bei Wärme- und Strömungsverlusten sowie bei der Lebensdauer aufweisen könnte. Belastbare, quantifizierte LCA-Daten speziell für Grundöfen liefert die Studie an dieser Stelle allerdings noch nicht – sie benennt das Vorhaben als Ansatzpunkt für künftige Forschung (siehe auch Infokasten).

Verbrennungsprozess: Wo Schad­stoffe entstehen – und warum sie sich nicht vollständig vermeiden lassen

Ein umfangreicher technischer Teil der Studie rekonstruiert die vier Phasen der Holzverbrennung – Trocknung, pyrolytische Zersetzung, Vergasung, Oxidation/Nachverbrennung – und leitet daraus ab, unter welchen Bedingungen unvollständige Verbrennungsprodukte wie CO, organischer Kohlenstoff (Org.C), polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Ruß entstehen. Zentrale, für die Praxis wichtige Aussage: Auch am Grundofen ist in der Kaltstartphase (den ersten 10 bis 15 Minuten) eine erhöhte Schadstoffbildung durch Flammenauslöschung an noch kalten Brennraumwänden unvermeidbar – ein Effekt, der bei allen chargenweise betriebenen Scheitholzfeuerungen auftritt, unabhängig vom Ofentyp.

Dass eine Branchenvereinigung eine Studie über die eigene Technologie in Auftrag gibt, ist im Allgemeinen keine Seltenheit – vergleichbare Konstellationen finden sich auch bei Wärmepumpen-, Pellet- oder Gasheizungsverbänden. Entscheidend ist, dass die Studie selbst methodisch transparent bleibt: Sie benennt Datenlücken offen, weist auf fehlende Feldmessungen hin und formuliert an vielen Stellen Konjunktive statt Behauptungen. «

Für die Staubbildung unterscheidet die Studie – in Anlehnung an die Dissertation von Lenz – vier Bildungsrouten: Mitreißen unverbrannten Brennstoffs, unvollständige Verbrennung (organischer und elementarer Kohlenstoff, PAK, Ruß), vollständige Verbrennung (mineralische Aerosole aus K, Cl, S, Zn u. a.) sowie Mitreißen von Aschepartikeln. Für das Grundofenprinzip leiten die Autoren daraus mehrere plausible, aber überwiegend theoretisch begründete Vorteile ab: Die langen Verweilzeiten in den Heizgaszügen sollen als „Staubabsetzzone“ wirken und grobe Partikel zurückhalten; die fehlende Rostluftführung soll das Mitreißen von Aschepartikeln vermindern; die hohe thermische Masse soll nach der Kaltstartphase stabil hohe Temperaturen für eine vollständigere Oxidation liefern.

Das klingt plausibel – ist aber noch nicht flächendeckend belegt und ist deshalb wie folgt einzuordnen: die physikalisch-chemische Begründung für Vorteile des Grundofens ist in sich schlüssig, doch der empirische Nachweis über eine breite Stichprobe an Anlagen steht nach Einschätzung der Autoren selbst noch aus. Wer den Grundofen als „nachweislich emissionsärmer“ bewirbt, überzieht den aktuellen Forschungsstand; korrekt ist die Formulierung „mit dem physikalischen Potenzial für geringere Emissionen, das aber noch breiter empirisch abgesichert werden muss“. Hervorzuheben ist aber, dass der Grundofen 30% - 50% weniger Holz verbraucht.

Was die vorhandenen Messdaten zeigen

Der Kern der Studie ist eine Zusammenstellung aller auffindbaren publizierten Emissionsmessungen an Grundöfen – und das Ergebnis ist ernüchternd dünn: Nur eine Handvoll Quellen aus Deutschland, Österreich und der Schweiz liefert belastbare Zahlen, die meisten stammen aus Österreich, wo der Grundofenbau über den Österreichischen Kachelofenverband und die Normungsgrundlage EN 15544 deutlich systematischer erforscht und typisiert wird als in Deutschland. Tabelle 2 fasst die wichtigsten in der Studie zitierten Werte zusammen (jeweils bezogen auf 13 Vol.-% Restsauerstoff im Abgas).

Die Tendenz ist über nahezu alle Quellen konsistent: Grundöfen liegen bei Staub und organischem Kohlenstoff meist unter den Werten von Kaminöfen, bei CO ist das Bild uneinheitlicher – teils vergleichbar, teils sogar leicht höher (siehe Buchner 2004, wo der CO-Wert die heutigen Grenzwerte knapp überschreitet). Am deutlichsten fällt der Unterschied bei den besonders gesundheitsrelevanten PAK-Emissionen aus: Nach Kelz et al. lag die PAK-Summe am modernen Kachelofen bei rund 90 µg/m³, am modernen Kaminofen bei rund 365 µg/m³ – Faktor 4. Bei Sturmlechner et al. (2019) wird für Benzo[a]pyren sogar ein Unterschied um Faktor 76 zwischen älteren Kachelöfen und Raumheizern berichtet.

Daraus ergibt sich folgendes Bild: Kleine Stichproben, große Unterschiede.

Einordnung: Diese Zahlen sind bemerkenswert, beruhen aber auf sehr kleinen Stichproben – teils auf nur zwei oder drei gemessenen Anlagen pro Studie. Zudem vergleicht ein Teil der Literatur ältere Kachelgrundöfen (Baujahre 1970/1985) mit Raumheizern unterschiedlichster Bauart und Wartungszustands, was die Aussagekraft für neu gebaute, normgerecht ausgelegte Anlagen beider Kategorien einschränkt. Hier sind unbedingt weitere Untersuchungen notwendig!

Weiter geht es in der nächsten Ausgabe – dann geht es um eigene Feldmessungen, Prüfstandsversuche und mehr.

Thomas Zander

Einordnung

Ressourcenfrage bleibt bislang qualitativ.

Das Argument der Langlebigkeit und Recyclingfähigkeit mineralischer Baustoffe ist technisch nachvollziehbar, wird in der Studie jedoch nicht durch eine vergleichende Ökobilanz mit Zahlen unterlegt – es handelt sich um eine plausible Hypothese, keine berechnete Größe. Für eine Argumentation gegenüber Fördermittelgebern oder in der Gebäudeenergie-Debatte wäre eine belastbare LCA-Studie, die Herstellungsenergie, Transportwege regionaler Rohstoffe, Lebensdauer und End-of-Life-Szenarien für Grundofen und Vergleichstechnologien (Kaminofen, Pelletkessel, Wärmepumpe) systematisch gegenüberstellt, ein naheliegender nächster Schritt.