Gebäudetechnik
Gebäudetechnik Blockheizkraftwerke mit Mini-KWK Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine modular aufgebaute Anlage zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme auf Basis der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Kleine BHKW von ca. 1 bis 5 kW elektrischer und ca. 3 bis 15 kW thermischer Leistung eignen sich für den Heizbetrieb von Ein- und Mehrfamilienhäusern im Winter. Die Stromerzeugung erfolgt auf konventionelle Weise mit einem von der Anlagengröße abhängigen Wirkungsgrad zwischen etwa 20% und 50%. Das Kennzeichen eines BHKWs ist, dass die hierbei entstehende Abwärme (etwa 80...50%) direkt am Ort der Entstehung zum Heizen genutzt wird. Das ermöglicht einen Gesamtwirkungsgrad von 80% bis über 90%. Beispiele für Einfamilienhaus-BHKs • lion-Powerblock von Otag: el. 0,25 bis 2,2 kW, therm. 2,5 bis 16 kW, Erdgas/Flüssiggas (Propan), Wirkungsgrad 94% • ehe WhisperGen von ehe: el. 1 kW, therm. 7,5 bis 14,5 kW, Erdgas, Wirkungsgrad 95% • ecoPOWER 1.0 von Vaillant, Honda: el. 1,3 bis 4,7 kW, therm. 4 bis 12,5 kW, Erdgas, Wirkungsgrad 92% • green one von green energy power: el. 3...6,6 kW, therm. 6,7...14,1 kW, Heizöl/diesel, wirkungsgrad 85% • green two von green energy power: el. 5...6,5 kW, therm. 10...19,7 kW, Erdgad/Flüssiggas, Wirkungssgrad min. 90% • green light von green energy power: el. 3...4 kW, therm. 10...12 kW, Erdgas/Flüssiggas, Wirkungagrad min. 90% • Dachs von SenerTec: el. 5 oder 5,5 kW, therm. 14,8 oder 14,6 kW, Erdgas, Wirkungsgrad 89% • Dachs von SenerTec: el. 5,3 kW, therm. 11,9 kW, Heizöl, Wirkungsgrad 89% Grundwissen Übliche BHKW-Module haben elektrische Leistungen zwischen 5 kW und 5 MW. Unter 50 kW spricht man auch von Mini- Kraft-Wärme-Kopplung (Mini- KWK), unter 15 kW von Mikro- KWK. Diese Varianten kommen in Ein- und Mehrfamilienhäusern, in Betrieben und im Siedlungsbau zum Einsatz. Mini-BHKWs für Wohngebäude werden normalerweise mithilfe von Pufferspeichern „monovalent“ betrieben, das heißt ohne Spitzenlastkessel. Ein solches BHKW wird wie eine herkömmliche Heizungsanlage nach der Spitzenlast ausgelegt. Hierbei kommt es zum An- und Abschalten des BHKWs, dem sogenannten Takten, was leider die Lebensdauer verkürzt und den Wirkungsgrad verringert. Eine bestehende Heizungsinstallation kann bei Umstellung auf ein Mini-BHKW meist mit geringen Änderungen weitergenutzt werden. Reicht die Heizleistung bei besonders tiefen Temperaturen nicht aus, kann mit dem vorhandenen Brenner oder einem zusätzlichen Spitzenlastkessel hinzugeheizt werden (bivalenter Einsatz). Bei nur selten auftretendem zusätzlichem Heizbedarf bietet sich die Installation einer einfachen elektrischen Zusatzheizung (Tauchsieder-Prinzip) an. Eine solche den Wärmebedarf ausgleichende Maßnahme kann das Takten vermeiden. Der Aufwand zur Wartung der Motoren (wie Ölwechsel und Luftfilter, bei Gasmotoren die Zündkerzen etc.) mit den damit verbundenen An- und Abfahrten des Servicepersonals wirkt sich negativ auf die ökologische Bilanz aus und steigt speziell bei der Mikro-KWK spezifisch nennenswert an. Positiv auf die Energiebilanz wirken sich dagegen die kurzen Transportwege für den produzierten Strom aus. Leitungsverluste werden so minimiert. In der Praxis Ursprünglich beruhten BHKW- Anlagen auf Verbrennungsmotoren, deren Wärme aus dem Abgas und dem Kühlwasserkreislauf zur Aufheizung von Heizungswasser verwendet wird. Inzwischen werden auch andere Systeme, wie Stirling-Motor, Dampfmotor und Holzvergaser, benutzt. Als Kraftstoffe für die Mini- KWK sind wie Heizöl oder Erdgas neben Holzhackschnitzel und Holzpellets möglich. Der reine elektrische Wirkungsgrad bei Motorvolllast liegt bei Mini- BHKW kaum über 20%. Wesentlich für die Wirtschaftlichkeit einer BHKW-Anlage ist eine große jährliche Betriebsstundenzahl im hohen Lastbereich der Kraftmaschine (typisch etwa 4.000 Volllaststunden pro Jahr). Dabei wird angestrebt, die Inve- 8 Haus + Elektronik 2/2012
Gebäudetechnik Strom und Wärme bzw. den dabei eingesparten Beträgen gegenübergestellt. Grundlage dieser Wirtschaftlichkeitsbetrachtung bildet die VDI-Richtlinie 2067 „Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer Anlagen“. Ein Grundproblem der Vermarktung von BHKW speziell in Ein- und Mehrfamilienhäusern ist der im Vergleich zu üblichen Erdgas- oder Ölheizungen höhere Anschaffungspreis. Der Heizsystemvergleichs- Rechner der Verbraucherzentrale NRW vergleicht die Gesamtkosten unterschiedlicher Heizsysteme (u. a. auch BHKW) für bestehende Wohngebäude. Seit dem 1. Januar 2009 gibt es in Deutschland das Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung, kurz Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz. Ebenfalls ab 1. Januar 2009 erhalten die KWK-Anlagen auch für den Strom, der z.B. im Versorgungsobjekt (Hotel, Wohnhaus etc.) selbst genutzt wird, einen KWK-Zuschlag. Schematische Darstellung des Grundprinzips Quelle: Wikipedia stitionen in die Anlage betriebswirtschaftlich durch die finanzielle Vergütung für erzeugte Strom- und Wärmemengen (oder Reduktion der dafür entstehenden Kosten) auszugleichen. Im Wohnbereich schwankt der Heizenergiebedarf jahreszeitlich besonders stark. Zurzeit existieren nur wenige BHKW-Modelle, welche die erzeugte Wärme und damit auch den gekoppelt produzierten Strom verändern können („modulierender Betrieb“). Bedarfsschwankungen – begrenzt durch Wärmespeicher – lassen sich jedoch ausgleichen. Ein Parallelbetrieb mit einem herkömmlichen Brenner für den thermischen Spitzenbedarf und als Reserve bei Störungen bzw. Wartungen ist üblich. Wirtschaftlichkeit Bei einer umfassenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden alle Investitions- und Betriebskosten – also Abschreibungen, Brennstoff und Wartung – eingerechnet und den Erlösen für Blick in eine 8-kW-Anlage Haus + Elektronik 2/2012 9
