Formen

In der äußeren Gestaltung machten die Kachelöfen eine große kunstgeschichtliche Entwicklung durch, blieben aber in der Heiztechnik lange Zeit unverändert, bis man im 18. Jahrhundert begann, den Ofenrauch über Schornsteine abzuleiten. Bis dahin wurden Kachelöfen mit geöffneter Heiztüre meist von der Küche oder einem Nebenraum aus befeuert und entließen die Rauchgase ebenfalls dort in den offenen Kamin. Die Öfen waren mit einem niedrigeren Teil an die Zimmerwand an- und durchgebaut und wurden durch die Wand mit Holz beschickt (Hinterlader-Prinzip). Im höheren Teil bildete sich Stauhitze, die an die Kachelwände abgegeben wurde. Die im Strahlungsbereich des Feuers liegenden Kachelwände wurden stärker erwärmt. War das Feuer heruntergebrannt, wurden die Heiztüren geschlossen, und die Kachelwände gaben je nach Ausmauerungsstärke die gespeicherte Wärme an die Räume ab. Die Rauchgase traten während der Heizphase nach Abkühlung durch die Ofentür wieder aus und zogen durch die Esse ab, die sich meistens in der Küche über der offenen Herdfeuerung befand. Oft traten die Abgase auch einfach durch Undichtigkeiten in der Dachkonstruktion ins Freie. Damalige Kachelöfen nutzten zwar den Brennstoff besser aus als offene Kamine, waren aber immer noch sehr uneffektiv.

Im ausgehenden 17. Jahrhundert und dann im 18. Jahrhundert machte man sich die ersten ernsthaften Gedanken über Sparöfen, und beispielsweise Friedrich II. von Preußen organisierte einen Wettbewerb über Holzsparöfen. Dort gab es sogar Vorschläge zu Öfen, die sich über zwei Geschosse erstreckten. Aber erst der direkte Anschluss an einen Schornstein brachte die Möglichkeit, Rauchgaszüge in die Kachelöfen einzubauen. Es war ein allmählicher Erfahrungsprozess, mit dem im Schornstein und in der Feuerstätte entstehenden Unterdruck umzugehen, sodass auch fallende Züge (Sturzzüge) und andere Zugformen möglich wurden. Zeitlich genau ist das nicht einzuordnen. Es gab im Schwarzwald bis ins 20. Jahrhundert noch offene, ohne Schornstein betriebene Öfen. Durch die Umlenkungen und Abkühlung der Heizgase in den Zügen wurden die Öfen sehr effektiv und sparsam mit dem durch Abholzung inzwischen knapperen Brennstoff Holz. Rost, Aschekasten und eine gezielte Verbrennungsluftführung waren nun üblich.

Außenmaße und Normen

Kacheln wurden allmählich als Massenware in Manufakturen hergestellt, die Baugröße dem jeweils benötigten Wärmebedarf angepasst und durch Handwerksregeln landsmannschaftlich standardisiert. Zum Teil gab es auch technische Rückschritte, als im Historismus der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts alte Ofenformen neu aufkamen und wieder die alten Hinterlader-Öfen gebaut wurden.

Aus den Handwerksregeln und Erfahrungswerten zum Raumheizvermögen entstanden 1925 die DIN-Normen für den Kachelofen, die in die Reichsgrundsätze umgewandelt wurden und nach dem Zweiten Weltkrieg wieder DIN-Normen hießen. Die DIN 1289 Feuergeschränk für Kachelöfen; Fülltür für Füllfeuerung aus dem Jahr 1928 ist noch heute gültig. Die DIN-Norm teilte je nach Stärke der Außenwand die Kachelöfen in eine leichte, eine mittelschwere und eine schwere Bauart ein und gab Planungswerte über Raumheizvermögen, Masse und Speicherdauer.

Entwicklung von Heizeinsätzen im Kachelofen

Das Aufkommen der Kohle als Brennstoff im 19. Jahrhundert führte zu Änderungen in den Kachelofenkonstruktionen. Die Feuertür konnte kleiner sein. Das heiße Glutbett der Kohle hielt länger vor, weshalb ein direkter Wärmekontakt mit einer großen Masse wärmespeichernder Keramik nicht mehr zwingend erforderlich war (siehe auch Dauerbrandofen). Über verschiedene Entwicklungsstufen kam man zu kompakten, mit Schamotte ausgekleideten gusseisernen Heizeinsätzen, die alle Feuerungsbauteile (Rost, Aschekasten, Ofentüren) enthielten und revisionsfähig waren. Man konnte diese Feuerungen reparieren, ohne den ganzen Kachelofen abbauen zu müssen. Die Heizeinsätze wurden durch konvektive Luftführung gekühlt. Diese Luft brachte eine Erhöhung des Raumheizvermögens. So entstanden die ersten Warmluft-Kachelöfen. Sie vermochten, die Räume schnell zu heizen, und speicherten in der Kachel-Umbauung zugleich auch Wärme. Die Warmluft konnte mittels Jalousien an den Heizbedarf angepasst werden und auch in andere Räume oder Stockwerke geführt werden.

Kachelofendesign im Wandel der Zeit

Im Laufe der letzten Jahrzehnte hat sich das Design des Kachelofens grundlegend gewandelt. Waren bis in die 1970er Jahre Kachelöfen – dem Namen entsprechend – noch vollständig verkachelt, folgte in den 1980er und 1990er Jahren immer mehr die Abkehr von der klassischen Ofenkachel. Verputzte Flächen mit Simskacheln und einigen Zierelementen aus Keramik dominierten in dieser Zeit das Ofendesign. Auch gab es einen Trend zu möglichst vielen Abstufungen und versetzten Ebenen. Seit Beginn des neuen Jahrtausends halten hingegen immer mehr schlichte, puristisch gestaltete Anlagen Einzug in die Wohnzimmer. Klare Linien, gerade, verputzte Flächen und große Sichtscheiben bestimmen das Bild. Viele Hersteller klassischer Ofenkacheln haben auf diesen Trend reagiert und bieten großformatige Keramik als Alternative zum beliebten Naturstein (Granit, Schiefer, Sandstein …) für Feuertische und Bänke an. Die klassische grüne Ofenkachel scheint jedenfalls ausgedient zu haben. Heute bestimmen in Kombination mit weiß verputzten Flächen häufig satte Braun- oder Schwarztöne als Kontrast das Bild.

Die Stiländerungen können auch gut anhand des heiligen Epimachus deutlich gemacht werden: Dieser hält als sein Erkennungsmerkmal einen Kachelofen in der Hand, der der Zeit und Mode entsprechend im Lauf der Geschichte auf Bildern ständig angepasst wurde.

Grundsätze

Kachelöfen können zur nicht-fossilen Heizung, also zur CO₂-Vermeidung beitragen, da sie mit Holz und Holzbriketts befeuert werden können. Zur Nachhaltigkeit muss es jedoch aus Quellen stammen, die keinen Raubbau an den Wäldern darstellen. Bauweise und Betrieb müssen zum Brennstoff passen, um schadstoffarm und effizient zu heizen.

Je nach Brennstoff, Bauweise und Betrieb können jedoch durch Kachelöfen erhebliche Schadstoffmengen in Form von Gasen, Stäuben und Aerosolen emittiert werden. Zumindest beim Anfeuern und bei ungünstigem Zug kann sich das auch auf den Betreiber auswirken.

Salze, zum Teil als Flugasche, entstehen auch bei vollständiger Verbrennung. Salze/Asche sind im Kachelofen hinsichtlich Umweltauswirkung ein geringes Problem: Sie verklumpen bei den Betriebsbedingungen im Kachelofen zu makroskopischen Stäuben oder Flugasche und sind nicht mehr dem Feinstaub zuzuordnen und zum größten Teil auch nicht lungengängig oder schädlich. Eine Ausnahme stellt das Verbrennen beispielsweise von lackiertem Holz dar: hierbei können die Pigmente frei werden, z. B. Bleioxid, wenn es sich um alte weiße Farbe handelt. Das Verwenden von füllstoffhaltigem Papier zum Anfeuern führt zu hohen Flugasche-Emissionen und verschmutzt überdies die Ofenzüge.

Arten und Ursachen von Schadstoffemissionen

Grundofen

Ein Grundofen ist eine vor Ort handwerklich erstellte Anlage, bestehend aus einem Brennraum und nachgeschalteten keramischen Heizzügen.

Es gibt drei Varianten, die nach ihrer Speichermasse unterschieden werden: leichte, mittlere und schwere Bauart. Ein Grundofen ist ein Zeitbrandofen. Der Brennstoff, Holz, wird in einer bestimmten Zeit abgebrannt und die im Abbrand entstehende Wärme im Schamottestein gespeichert, die nach und nach über die Oberfläche abgegeben wird. Die Nachheizzeit (Auflegen vom Brennstoff) liegt in der Regel bei acht, zwölf oder vierundzwanzig Stunden, je nach Wärmespeicherkapazität des Grundofens. Bei einer rostlosen Feuerung (je nach Konstruktion) kann nur Holz als Brennstoff verwendet werden.

Warmluftkachelofen

Dieser Kachelofentyp funktioniert nach dem Prinzip der Konvektionsheizung. Kalte Raumluft strömt über die untere Öffnung (meist ein Rundbogen im Sockel) ins Innere des Kachelofens, wird dort an den heißen Eisenteilen erwärmt und strömt als warme Luft in den Raum zurück. Diese Warmluft kann auch mittels Warmluftkanälen in angrenzende Räume oder darüberliegende Etagen geleitet werden. Die Warmluft hat einen Anteil von 60 bis 80 % an der abgegebenen Wärme, der Rest ist Strahlungswärme, die über die Kacheloberfläche abgegeben wird. Der Warmluftkachelofen gibt schnell und wirtschaftlich Wärme ab.

Kombi-Kachelofen

Der Kombi-Kachelofen ist eine Mischung aus Warmluftofen (dem Heizeinsatz) und Strahlungsofen (gemauerten Zügen). Dies ist zurzeit die beste Ofenanlage, weil ein bei Bedarf austauschbarer Heizeinsatz mit moderner Verbrennungstechnik (raumluftunabhängige Verbrennungsluftzufuhr, Sonderarten für andere Brennstoffarten wie Pellets, Briketts, Öl oder Gas) eingebaut werden kann. Die gemauerten Züge werden an der Ofenwand entlanggeleitet, damit ein möglichst gleichmäßiger und großer Wärmeanteil an den Raum abgegeben werden kann. Weitere Vorteile sind eine schnelle Wärmeabgabe vom Heizeinsatz (ca. 15 bis 20 min) und eine Speicherzeit zwischen 6 und 12 Stunden des keramischen Zugs.

Heizkamin

Das Funktionsprinzip des Heizkamins entspricht weitgehend dem des Warmluftofens. Allerdings verfügen Heizkamine über eine mehr oder weniger große Glasscheibe, über welche man den Abbrand beobachten kann. Ein Vorteil des Heizkamins gegenüber dem Warmluftofen ist der höhere Anteil Strahlungswärme. Diese gelangt unmittelbar nach Heizbeginn über die Sichtscheibe in den Aufstellraum und sorgt so für ein angenehmeres Temperaturempfinden. Seit einigen Jahren kann bei vielen Kamineinsätzen die Beheizung auch über die Rückseite – also z. B. vom Flur – erfolgen. Die Sichtscheibe muss dann nur noch zu Reinigungszwecken geöffnet werden. Durch die Erweiterung des Heizkamins um einen gemauerten Rauchgaszug erreicht man die Funktionsweise eines Kombiofens. Dabei sollte die Sichtscheibe jedoch nicht zu groß gewählt werden, da dies zu übermäßigem Wärmeverlust aus dem Brennraum führt und somit das Wärmespeichervermögen der Anlage geringer wird.

(Kachel-)Kunst oder Chust

Die Kachelkunst ist traditionell im Schwarzwald und in der Schweiz beheimatet. Der genaue Ursprung ist nicht bekannt. Die Entwicklung der Kunst hängt auch von der Entwicklung des Herdes, von dem aus sie befeuert wird, ab. Ursprünglich wurde über offenem Feuer gekocht, über dem Herd befand sich eine Esse (oder auch gar nichts), daneben das Feuerloch des mit einem Backgewölbe ausgestatteten Stubenofens. Spätestens mit Beginn des 19. Jahrhunderts setzte sich die Benutzung eines Schornsteins allmählich durch, der Herd bekam eine eiserne Herdplatte und der Kachelofen einen Schornsteinanschluss. Die (wenn überhaupt vorhandenen) Essen wurden geschlossen nach unten verlängert und als Schornsteine benutzt.

Um die Abgase des Herdes abzuleiten, wurde in der Stube die Kunst (Chust od. Chouscht) mit einem eigenen Heizgaszug an den Kachelofen angebaut. Die damalige Kunst war eine manchmal zweistöckige beheizte Sitzbank mit Sandsteinabdeckung, die vom eigentlichen Kachelofen unabhängig beheizt wurde. Die historischen Kunst-Sitzbänke waren sehr hoch, da man sich damals noch nicht zutraute, Abgase nach unten zu leiten, ebenso waren die Herde sehr niedrig. Um auf den hohen Sitzbänken sitzen zu können, brauchte man oft ein aus Holz gefertigtes Kunst-Bänkchen zum Abstellen der Füße. Die heutigen Kachelkünste haben sich vom Kachelofen gelöst und bilden eigenständige Heizsysteme, die sehr effizient sind, da sie die Funktion Kochen mit der Funktion Heizen verbinden, und sind vor allem in der Schweiz und im südlichen Baden-Württemberg sehr beliebt.

Warmluft-Zentralheizung

Die Warmluft-Zentralheizung war in Deutschland in den 1950er und 1960er Jahren, bevor die Warmwasserzentralheizungen aufkamen, eine Sonderform des Kachelofens. Sie nutzte die durch die Entwicklung der Heizeinsätze und Blechheizregister zur Verfügung stehende hohe Heizleistung und verteilte sie mittels Luftkanälen in den Räumen von Einfamilienhäusern. Der auf dem nebenstehenden Bild gezeigte Kachelofen beheizte im Erdgeschoss drei Räume sowie in der ersten und zweiten Etage weitere fünf Räume. Die Warmluftrohre für die oberen Räume führten durch den über dem Ofen sichtbaren Mauervorsprung. Sie konnten vom Erdgeschoss aus für die einzelnen Etagen jeweils geöffnet oder geschlossen werden.

Luft-Hypokausten-Anlagen

Sie sind eine Sonderform des Warmluft-Kachelofens. Mit einem geschlossenen Luftumwälzungssystem, das durch Schwerkraft oder mit Gebläse funktioniert, werden entferntere Bauteile, z. B. die Sitzbank eines Kachelkamins oder die Wände eines Zimmers, beheizt. Die eingeschlossene, bis zu 200 °C heiße Systemluft kommt dabei nicht mit der Raumluft in Berührung. Hans Kurt Zeidler hat dieses System im Jahre 1983 entwickelt und im Markt bekannt gemacht.

Warmwasser-Anschluss

Eine Sonderform der Kachelofen sind die Warmwasser-Öfen. Diese haben einen Anschluss für einen Warmwasser-Tank. Die eingebaute Umwälzpumpe in der Zentralheizung pumpt dann das warme Wasser vom Tank in den Boiler (Warmwassertank). Von dort wird dann das Wasser zu den Warmwasserhähnen geleitet.

Hypokausten-Kachelofen

Bei einem konventionellen Kachelofen findet neben der Wärmeabgabe an die umgebende Luft auch eine Wärme-Konvektion statt. Die Menge/Dosis ist abhängig von der Oberflächentemperatur des Ofens – je kühler desto geringer. Die Bereiche der Außenfläche, die mit den heißen Rauchgaszügen in engerer Verbindung stehen, erwärmen sich stärker, was zu einer höheren Konvektion führt. Infolge der inhomogenen Wärmeverteilung kann es zusätzlich auch zu Spannungszuständen im Ofen kommen, die zu ungewollter Rissbildung und Fugenausbrüchen führen. Um die genannten Nachteile zu beseitigen, wurde das Hypokausten-Bausystem entwickelt. Hier bestehen die Züge entsprechend der gewünschten Heizleistung aus Keramik-Modul-Speichersteinen (KMS-Steine, dem sogenannten Speicherkern). Der zwischen den Schamotteplatten und dem Speicherkern verbleibende Luftraum gibt die entstehende Wärme dann aber nicht durch Wärmeleitung wie bei der herkömmlichen Bauweise, sondern durch Strahlung an den Raum ab. Im Inneren des Systems kommt es nun, da die Außenhülle geschlossen ist, zu einem konvektiven Wärmetransport von heißeren Oberflächen hin zu kälteren Bereichen, die somit ebenfalls erwärmt werden und die effektiv zur Verfügung stehende wärmende Fläche vergrößern. Die in der Feuerung erzeugte nutzbare Wärmemenge ist nach dem Ersten thermodynamischen Hauptsatz für jeden Kachelofentyp identisch. Die auf eine größere Fläche verteilte Wärmemenge führt deshalb zu geringeren Oberflächentemperaturen des Ofens und erzeugt, physiologisch betrachtet, ein angenehmeres behagliches Raumklima.