Kachels en (open) haarden 053 1 Kachels en (open) haarden Inleiding Begin jaren tachtig, gedurende een periode van economische recessie en snel stijgende energieprijzen, nam het gebruik van kachels en haarden voor vaste brandstoffen een hoge vlucht. De jaarlijkse verkoop van deze kachels en haarden werd in die periode geschat op 25.000 stuks. Het motief voor de aanschaf vormde in de eerste plaats de stijgende aardgasprijs en in de tweede plaats het gezelligheidsaspect. In ongeveer 3% van de woningen is nu zo n kachel of haard geïnstalleerd. Die ruim 150.000 kachels worden regelmatig gestookt en kunnen lokaal ernstige overlast veroorzaken door luchtverontreiniging en stank. De afgelopen jaren heeft de overheid door middel van consumentenvoorlichting geprobeerd dit probleem in te dammen. Daarnaast wordt in samenwerking met het bedrijfsleven gewerkt aan de instelling van een typekeur voor dit soort kachels. Hoewel de problematiek als gevolg van de lagere aardgasprijs en verminderde kachelverkopen nauwelijks meer in omvang toeneemt, vormen deze toestellen een bron van luchtverontreiniging waarmee rekening moet worden gehouden. Een onverhoopte stijging van de energieprijzen kan bovendien weer snel leiden tot een toename van het aantal kachels en haarden in de huishoudens en/of een hogere stookfrequentie.
053 2 Kachels en (open) haarden Tabel 1. Schatting van de uitworp van 150.000 kachels voor vaste brandstoffen in Nederland (1984) stof uitworp in tonnen per jaar koolstofmonoxide 40.000-80.000 koolwaterstoffen 6.000-11.000 stofdeeltjes 1.000-3.500 polycyclische aromatische koolwaterstoffen 45-90 zwaveldioxide 300-500 stikstofoxiden 300-700 Bron: Indicatief Meerjarenprogramma Lucht 1985-1989. De toestellen In Nederland worden enkele honderden verschillende modellen kachels en haarden voor vaste brandstoffen onder allerlei namen aangeboden. Voor al deze modellen worden meer dan 20 uiteenlopende type-aanduidingen gehanteerd, hetgeen de markt erg ondoorzichtig maakt. De typenaam allesbrander is er één van, maar kan beter worden vermeden, omdat deze ten onrechte de indruk wekt dat in zo n kachel alles kan worden gestookt; tot huisvuil toe. In feite zijn dergelijke kachels alleen geschikt voor hout en kolen. Het is moeilijk om de verschillende typen precies te definiëren. Wel kan onderscheid worden gemaakt tussen kachels en haarden. Er bestaan vrijstaande kachels en haarden, en modellen die bestemd zijn voor inbouw. Een kachel is een stookeenheid die altijd gesloten wordt gestookt. Een haard kan zowel gesloten als open worden gestookt. Voor de leesbaarheid wordt in dit artikel verder voornamelijk over kachels gesproken, waarmee dan echter ook haarden worden bedoeld. Open haarden zijn er in talloze variaties, van zelfbouw tot prefab. Een open haard heeft een veel lager rendement (circa 10%) dan een kachel (circa 50-60%). Dat wil zeggen dat bij een open haard ongeveer 90% van de warmte door de schoorsteen verdwijnt, terwijl dat bij een kachel 40-50% is. Daar staat tegenover dat de hoeveelheid onvolledige verbrandingsprodukten van open haarden door een
Kachels en (open) haarden 053 3 grotere luchttoevoer, een hogere temperatuur in de vlamzone en een kortere brandduur geringer is dan van kachels. Veel kachels worden geïmporteerd en zijn derhalve niet specifiek toegesneden op de Nederlandse markt. Over het algemeen hebben ze een te grote capaciteit. Voor de Nederlandse woningen is een capaciteit tussen 4 en 8 kilowatt meestal voldoende. Een kachel van te grote capaciteit moet tijdens het stoken al snel worden getemperd door de luchttoevoer te beperken. Dit gesmoord stoken leidt tot onvolledige verbranding en een toename van de luchtverontreiniging. Uit een gebruikersonderzoek blijkt dat 70% van de kachels in Nederland getemperd wordt gestookt. De brandstoffen Ook in het aanbod van brandstoffen bestaat een ruime variatie. Via de detailhandel worden openhaardhout, kolen, haardblokken en verschillende soorten briketten aangeboden. Haardblokken bestaan uit een samengeperst mengsel van houtmot en een wasachtig produkt. Briketten bestaan uit geperste blokken brandbaar materiaal, zoals houtspaanders of houtmot, bruinkool, papier, stro en aardoliecokes. De laatste brandstof is een restprodukt van uiteenlopende kwaliteit uit de aardolie-industrie. Uit een landelijke steekproef van de Rijksuniversiteit Groningen in 1983 blijkt dat hout de meest gebruikte brandstof is. Meestal is dit schoon, droog hout. Nogal wat gebruikers stoken echter vers of nat hout en geverfd of geïmpregneerd (sloop)hout, hetgeen meer luchtverontreiniging veroorzaakt. Daarnaast wordt in mindere mate ook wel papier, verpakkingsmateriaal, bruinkool en steenkool als brandstof gebruikt. Andere brandstoffen worden nauwelijks gebruikt. Onbewerkt en droog hout is de schoonste brandstof. Houtbriketten en kolen zijn ook aanvaardbare brandstoffen. Met aardoliecokes is voorzichtigheid geboden, gezien de hoge uitworp van de verzurende stoffen zwaveldioxide en stikstofoxiden. Andere brandstoffen zijn op grond van hun luchtverontreinigende eigenschappen niet aan te bevelen. Naast de hoeveelheid luchtverontreiniging die de verschillende brandstoffen kunnen veroorzaken is vanzelfsprekend ook de ver-
053 4 Kachels en (open) haarden brandingswaarde een belangrijk gegeven. Zo is de hoeveelheid warmte die per gewichtshoeveelheid kolen ontstaat ongeveer anderhalf maal zo groot als bij hout. Uitworp De voornaamste factoren die de uitworp van schadelijke stoffen bepalen zijn het stookgedrag, het brandstoftype en het kachelontwerp. De belangrijkste luchtverontreinigende stoffen zijn koolstofmonoxide, zwaveldioxide, stikstofoxiden, stofdeeltjes en koolwaterstoffen. Bij deze laatste groep van stoffen behoren onder meer de lagere, vluchtige alifatische koolwaterstoffen en alifatische aldehyden en de polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK s) waaronder benzo(a)pyreen (BaP) (Zie Chemische Feitelijkheden 051). De aard van de uitworp zal sterk afhankelijk zijn van het type brandstof. Uit onderzoek van TNO met een bepaald type kachel werd voor diverse brandstoffen de aard van de uitworp bepaald. Per kilogram brandstof liep de uitworp van onder andere koolstofmonoxide, stofdeeltjes, stikstofoxiden en koolwaterstoffen sterk uiteen. Haardblokken blijken in verhouding tot andere brandstoffen tot zeer hoge verontreiniging te leiden. In mindere mate is geperst huishoudelijk afval sterk vervuilend. Met name bij bruinkool en kolen neemt de uitworp van koolstofmonoxide bij een gesmoorde verbranding sterk toe (zie verder Publikatiereeks Lucht nr. 37). Wanneer (sloop)afval als brandstof wordt gebruikt kunnen nog velerlei andere schadelijke stoffen vrijkomen zoals zware metalen. Bij het beschouwen van de cijfers in de genoemde publikatie moet wel worden bedacht dat de hoeveelheid warmte die per gewichtshoeveelheid brandstof vrijkomt sterk kan variëren. Verschillen in ontwerp van kachels spelen ook een rol bij de mate waarin luchtverontreinigende stoffen ontstaan. De wijze van luchttoevoer, turbulentie in de verbrandingskamer en temperatuur in de verbrandingskamer zijn enkele factoren die de uitworp beïnvloeden. Het stookgedrag bepaalt zoals gezegd ook in sterke mate de uitworp van schadelijke stoffen. Goed stoken is een kunst die vrij veel tijd en aandacht vergt. De vorming van luchtverontreinigende stoffen kan zowel buitens-
Kachels en (open) haarden 053 5 huis als binnenshuis tot verhoogde concentraties hiervan aanleiding geven. Met name in de directe omgeving kunnen onder ongunstige weersomstandigheden hoge concentraties optreden. Een voorbeeld hiervan is gegeven in tabel 2 (berekend door TNO op basis van gegevens uit de literatuur). Tabel 2. Maximale toeneming van de uurgemiddelde concentraties op korte afstand (< 15 m) van een open haard of allesbrander bij een stabiele atmosfeer en een windsnelheid van 1m/s. koolstofmonoxide stikstofoxiden zwaveldioxide stof polycyclische aromatische koolwaterstoffen benzo(a)- pyreen mg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 ng/m 3 open haard hout 5 150 13 200 1,3 20 allesbrander hout 18 110 20 400 20 300 kolen 7 100 1000 700 25 1000 Bron: Publikatiereeks Lucht nr. 37. Ook binnenshuis kunnen hoge concentraties van met name stof en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (onder andere benzo(a)- pyreen) optreden. Effecten, normstelling Koolstofmonoxide veroorzaakt een blokkade van het zuurstoftransport in het bloed. Bij hoge concentraties treedt de bekende kolendampvergiftiging op. Zwaveldioxide, stikstofdioxide en stofdeeltjes zijn schadelijk voor de luchtwegen. Polycyclische aromatische koolwaterstoffen waaronder benzo(a)pyreen zijn kankerverwekkend. Aldehyden zijn irriterende stoffen voor slijmvliezen van ogen en luchtwegen. De Gezondheidsraad en het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne hebben voor de belangrijkste luchtverontreini-
053 6 Kachels en (open) haarden gende stoffen adviezen gegeven over grenswaarden voor de luchtkwaliteit. Deze adviezen zijn door de overheid gebruikt bij de vaststelling van (al dan niet wettelijke) luchtkwaliteitsnormen. Van de hiervoor vermelde stoffen waarvoor TNO verspreidingsberekeningen heeft uitgevoerd, zijn de meest relevante grenswaarden in tabel 3 vermeld. Tabel 3. Grenswaarden luchtkwaliteit stof grenswaarde koolstofmonoxide 8-uursgemiddelde 10 mg/m 3 1-uursgemiddelde 40 mg/m stikstofdioxide 24-uursgemiddelde 150 µg/m 3 1-uursgemiddelde 300 µg/m 3 zwaveldioxide 24-uursgemiddelde 500 µg/m 3 1-uursgemiddelde 830 µg/m 3 stof(deeltjes 10 µm) 24-uursgemiddelde 100-150 µg/m 3 benzo(a)pyreen jaargemiddelde 1 ng/m 3 Uit de gegevens blijkt dat onder ongunstige omstandigheden in de directe nabijheid van de bron concentraties boven de grenswaarden kunnen optreden. Bedacht moet worden dat naast de kachel als bron van luchtverontreiniging ook andere bronnen aanwezig zijn die dezelfde stoffen uitwerpen (industrie, verkeer en overige ruimteverwarming). Voor benzo(a)pyreen is alleen een jaargemiddelde als grenswaarde beschikbaar. Uit de berekeningen van TNO mag worden afgeleid dat bij dagelijks gebruik van de kachel ook die jaargemiddelde grenswaarde in de directe omgeving zal worden overschreden. Binnenshuis zal met name voor stofdeeltjes en voor benzo(a)pyreen de grenswaarde kunnen worden overschreden. Bestrijdingsmogelijkheden Zoals hiervoor vermeld heeft het kachelontwerp een belangrijke invloed op de uitworp van verontreinigende stoffen. Bij een vergelij-
Kachels en (open) haarden 053 7 kend TNO-onderzoek tussen 17 kachels bleek de uitworp van koolstofmonoxide en koolwaterstoffen bij maximale belasting een factor 4 en bij gesmoorde instelling zelfs nog meer uiteen te lopen. Via verbeterde constructie van verbrandingsruimte, verbeterde toevoer van verbrandingslucht, verbeterde rookgasafvoer en katalytische naverbranding van de rookgassen kan de uitworp van schadelijke stoffen worden teruggedrongen. Toepassing van een katalysator voor katalytische naverbranding is alleen mogelijk bij houtkachels, omdat de rookgassen van kolen teveel stoffen bevatten die de werking van de katalysator verhinderen. Daarnaast kan via het gebruik van schonere brandstoffen en het stookgedrag de uitworp van schadelijke stoffen worden beperkt. Maatregelen De overheid streeft ernaar via maatregelen die de uitworp van kachels beperken en via voorlichting van de gebruikers van kachels, het probleem van de luchtverontreiniging aan te pakken. Samen met de kachelbranche wordt gewerkt aan een typekeuring voor kachels waarmee de meest vervuilende kachels van de markt kunnen worden geweerd. Het Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer heeft een (gratis) voorlichtingsbrochure uitgebracht getiteld: Verstandig stoken van kachels en haarden voor vaste brandstoffen. Ook internationaal begint het onderwerp sterke aandacht te krijgen. In de Verenigde Staten loopt men wat dat betreft voorop. Daar worden strenge eisen voor houtkachels ontwikkeld die zijn gericht op het terugdringen van de stofuitworp. Dit moet ertoe leiden dat per 1 juli 1988 de stofuitworp wordt beperkt tot 5,5 g/uur voor toestellen met katalysator en tot 8,5 g/uur voor toestellen zonder katalysator. Na 1 juli 1990 zullen wellicht nog strengere eisen worden gesteld, namelijk 4,1 en 7,5 g/uur voor respectievelijk toestellen met en zonder katalysator. De huidige uitworp van niet gereglementeerde toestellen bedraagt 30-35 g/uur.
053 8 Kachels en (open) haarden Literatuur Milieueffecten van allesbranders en open haarden. Publikatiereeks Lucht nr. 2. Ministerie VROM (1982) ISBN 90346 0084 X. Het gebruik van kachels voor vaste brandstoffen. Publikatiereeks Lucht nr. 35. Ministerie VROM (1984) ISBN 90346 0375 X. Vergelijkend onderzoek naar de luchtverontreiniging van 17 kachels voor vaste brandstof. Publikatiereeks Lucht nr. 36. Ministerie VROM (1984) ISBN 90346 0376 8. Luchtverontreiniging door het stoken van vaste brandstoffen. Publikatiereeks Lucht nr. 37. Ministerie VROM (1984) ISBN 90346 0398 9. Taking steps to control wood stove pollution. EPA-Journal. november 1986 blz. 22-23. Standards of performance for new stationary sources; Standards of performance for sources; Residential wood heaters. Federal Register/ Vol. 52 no. 32. 4994-5066/Wednesday. February 18. 1987/Proposed Rules. november 1987 Ir. A. P. M. Blom P. T. J. M. Montanus Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer