Einbindung von kleinen und mittleren Blockheizkraftwerken
Blockheizkraftwerke (BHKW) werden seit Jahren zur dezentralen Stromerzeugung bei gleichzeitiger Nutzung der Abwärme eingesetzt. Daher eignen sie sich besonders zur Senkung des Primärenergiebedarfs sowie zur Minderung der Kohlendioxid-Emissionen. Zukünftig werden auch kleinere BHKW-Anlagen verfügbar sein, die als Strom erzeugende Heizungen mit einer elektrischen Leistung von 1 bis 3 kW bevorzugt für das Einfamilienhaus geeignet sind. Darüber werden schon heute Geräte mit elektrischen Leistungen ab ca. 3 bis 5 kW in größeren Einfamilienhäusern mit hohem Energieverbrauch und in Mehrfamilienhäusern eingebaut, so dass für viele Anwendungsfälle die passende Gerätegröße verfügbar ist. In diesem Beitrag stellt die ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V. praxisbewährte Möglichkeiten der Einbindung von kleinen und mittleren BHKW-Anlagen in die Gebäudetechnik vor. Grundsätzlich gelten für die hydraulische Einbindung eines BHKW – also die Integration in das Wasserleitungssystem zur Wärmeübertragung – folgende Regeln:
* Um hohe Laufzeiten des BHKWs zu erreichen, sollte dieses mindestens 1/3 der Gesamtwärmeleistung abdecken bzw. mindestens 4.000 Betriebsstunden/Jahr erreichen.
* Die Vorlauftemperatur des Blockheizkraftwerks, d.h. die Temperatur des Wassers beim Verlassen des BHKWs, sollte möglichst hoch (80- 90 °C) sein, um durch daraus resultierende hohe Temperaturdifferenzen (= Grädigkeit) eine gute Wärmeübertragung zu erreichen.
* Bei der Kombination mit Brennwertkesseln sollte das BHKW nicht in Serie vor dem Heizkessel installiert werden, sondern parallel dazu. Bei zu hohen Vorlauftemperaturen des Brennwertkessels könnte ansonsten der Brennwerteffekt nicht mehr vollständig genutzt werden.
* Die Rücklauftemperatur, d.h. die Temperatur des Wassers beim Eintritt ins BHKW, darf nicht über dem vom Hersteller angegebenen Maximalwert (i.d.R. 70 °C) liegen, ansonsten ist mit einem häufigen Takten des BHKWs und Störungen zu rechnen. BHKWs sollten in Fließrichtung nicht hinter einen Kessel geschaltet werden.
Hersteller von BHKWs stellen in ihren Planunterlagen beispielhaft Einbindungsmöglichkeiten vor. Ist ein hydraulisch gut ausgelegtes und abgeglichenes Heizungssystem vorhanden und fachmännisch installiert, so sind bei der Einbindung eines BHKW keine Probleme zu erwarten. Die nachfolgend aufgeführten Punkte verdienen besondere Beachtung:
* Die Nennspreizung der Heizkreise muss so ausgelegt sein, dass die Rücklauftemperaturen 70 °C nicht überschreiten. Abhilfemaßnahmen, die dieses garantieren, sind z. B. Rücklauftemperaturbegrenzer oder elektronisch geregelte Heizkreispumpen.
* Der Volumenstrom der Wärmeerzeuger sollte unter Berücksichtigung der Auslegungstemperaturen an die thermische Leistung der Wärmeverbraucher angepasst sein (hydraulischer Abgleich).
* Werden Kesselpumpen eingesetzt, so müssen diese einen relativ hohen Volumenstrom bei geringem Druckverlust erzeugen. Dann sollte evtl. eine hydraulische Weiche eingebaut werden. Bleibt dieses unberücksichtigt, könnte die Kesselpumpe unkontrolliert einen zu hohen Vordruck in den Heizkreisen aufbauen. Das kann dazu führen, dass Thermostatventile aufgedrückt werden und nicht mehr korrekt arbeiten. Beim Einbau einer hydraulischen Weiche ist zudem sicherzustellen, dass Wasser aus dem Vorlauf nicht direkt in den Rücklauf gelangt. Dieses führt sonst zum Takten des BHKWs. Als hydraulische Weiche wird oft ein Pufferspeicher verwendet.
Bei der Integration von BHKW in Heizungsanlagen gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Welche davon auszuwählen ist, hängt sowohl von den spezifischen Anforderungen an das Gesamtsystem als auch von den übrigen Systemkomponenten ab. Dabei ist insbesondere zwischen dem Betrieb in Verbindung mit konventionellen Heizkesseln sowie mit Brennwertkesseln zu unterscheiden. Ein Pufferspeicher ist nicht vorhanden, so dass das BHKW nur dann betrieben werden kann, wenn gleichzeitig Strom und Wärme benötigt werden bzw. wenn Wärme benötigt und Strom ins Netz des Verteilnetzbetreibers eingespeist wird.
Die vom BHKW erzeugte Wärme wird mit der Pumpe an den Heizkreis übertragen und über Umwälzpumpen zum Verbraucher gefördert. Diese Pumpen laufen so lange, wie beim Verbraucher ein Wärmebedarf besteht. Wird keine Wärme mehr benötigt, schalten der Heizkessel und die Umwälzpumpen ab: Rückschlagklappen verhindern dann, dass es durch den Dichteunterschied zwischen warmem und kaltem Wasser im Heizkreislauf eine Wasserströmung entgegen der eigentlichen Fließrichtung gibt. Das vom Verbraucher kommende abgekühlte Wasser strömt bevorzugt in das BHKW und wird dort erwärmt. Lediglich die noch nicht erbrachte zusätzlich erforderliche Wärme wird im parallel angeordneten Heizkessel erzeugt.
Erreicht die Ausgangstemperatur des Wassers nach dem BHKW schon den von der Heizungsregelung angeforderten Wert, so schaltet sich der Heizkessel durch seine integrierte Regelung ab. In vielen Fällen fallen Strom- und Wärmebedarf jedoch nicht zusammen. Dann ist es wichtig, einen Zwischenspeicher einzusetzen. In der Regel ist das ein Wärmespeicher, der auch Pufferspeicher genannt wird (Bild 2): Somit kann auch zu Zeiten Strom erzeugt werden, wenn kein Wärmebedarf besteht.
Die Installation des Pufferspeichers erfolgt parallel zu BHKW und Heizkessel. Wird nur Strom benötigt, kann das BHKW so lange betrieben werden, bis der Pufferspeicher voll geladen ist. Bei Wärmebedarf stehen dann die Leistungen des Pufferspeichers und des BHKWs zur Verfügung. Der Kessel muss nur dann betrieben werden, wenn die Leistung aus BHKW und Pufferspeicher nicht mehr ausreicht. Bei dieser Schaltungsvariante ist sicherzustellen, dass der Pufferspeicher nicht durch den Heizkessel geladen wird, da er ansonsten bei reinem Strombedarf nicht zur Abwärmespeicherung des BHKWs genutzt werden kann. Ausführliche Informationen zu diesem Thema und weitere Varianten zur Integration von BHKW enthält die ASUE-Broschüre „Einbindung von kleinen und mittleren Blockheizkraftwerken/KWK-Anlagen“, die zum Preis von 2,50 Euro zuzüglich Verpackung und MWSt. (Einzelexemplare kostenlos) bei der ASUE, Postfach 2547, 67613 Kaiserslautern, Tel. (06 31) 360 90 70, Fax: (06 31) 360 90 71, E-Mail: info@asue.de, bestellt werden kann.
Genau, der Strom wird verkauft. Strom macht ein BHKW aber eben nur dann, wenn es auch Wärme macht. Deswegen fährt man ein BHKW nach dem Wärmebedarf, alles andere lohnt sich nicht. Man muss sich sein BHKW also nach seiner Heizlast aussuchen, nicht nach seinem Strombedarf (und man verkauft den Strom ja eh, wie Du richtig sagst).
Ein Haus mit einer Heizlast von 6kW braucht diese 6kW um bei der regionalen Mindestaussentemperatur (-12 bis -20 je nach Lage) das Haus warm zu halten. Die Mindestaussentemperatur liegt aber nur ein paar Tage im Jahr an. In meiner Gegend sogar nur ein paar Tage alle paar Jahre :-). Deswegen wird ein Haus meistens nur einen Bruchteil der Leistung benötigen. Um dann effizient zu fahren, muss eine Heizung modulieren oder man muss mit einem Pufferspeicher arbeiten. Es gibt Gasheizungen, die modulieren von 0,9 bis 9kW, sind also ideal für moderne EFH. Ein BHKW mit 4-12kW ist schonmal eine prima Sache, aber wird in der Übergangszeit takten und ich würde es nur in mein Haus einbauen, wenn ich 10-12kW Heizlast brauche. Selbst bei einem Haus, dass nur nach EnEV gedämmt ist (nach der aktuellen, nicht nach der neuen, die ist ja noch restriktiver), muss das Haus schon sehr groß sein, damit es diese Heizlast erreicht.
Takten ist schon schlecht bei Gas- und Ölheizungen. BHKW haben noch mehr bewegliche Teile, da wirds nicht besser.
Ich will ja, dass das BHKW mindestens 4000 Stunden im Jahr läuft, damit es entsprechend viel Strom produziert und sich damit auch finanziert.
Mein Fazit ist also nach wie vor: BHKW passt noch nicht für EFH und kleine MFH. Aber in dem Moment, wo ich z.B. in einem Reihenhaus die Besitzer zu einem zentralen System überreden kann, gehört es in die engere Auswahl.
Gruß, Hendrik
Das ist prinzipiell richtig, die thermische Leistung wird ja selber benötigt. Der Strom wird aber verkauft und wird damit zum Faktor für die Wirtschaftlichkeit. Denn mit den Erlösen aus dem Stromverkauf werden die Mehrkosten für die Heizung finanziert. Daher geben fast alle Hersteller nur ihre elektrische Leistung an. Da man den Strom verkaufen kann, wird der Strom als höherwertig angesehen. (Danke an <a href="http://www.bhkw-info.de/" target="_blank">Friedhelm Steinborn</a>)
Ich habe auch ein kleines BHKW gefunden mit 4-12 kW thermischer Leistung und 1,3 bis 4,7 kW elektrischer Leistung und es kann auch modulieren. (ecopower)
Ich lese den Artikel gerade ein zweites Mal und Du hast recht, es wird von der elektrischen Leistung gesprochen. Aber ein BHKW muss man nach der thermischen Last fahren, Strom ist der gerne gesehene „Abfall“ der den Wirkungsgrad des Gesamtsystems so interessant macht, aber man kann ein BHKW nicht nach der elektrischen Last fahren, dazu ist der Brennstoff zu teuer. Deswegen habe ich das „elektrisch“ auch übersehen, es ist für die Systemauswahl irrelevant.
Man fährt ein BHKW wie man die Wärme braucht, den abfallenden Strom verbraucht man selbst, oder man speist ihn ein, wie bei Photovoltaik. Dann kann sich so ein System rechnen und einen Beitrag zum Umweltschutz leisten.
Der Einwand, dass es keine Geräte in der Leistungsgröße gibt ist berechtigt. Es geht aber in dem Artikel um die elektrische Leistung von 3-5 kW.
Ich kümmere mich mal darum und mache mich auf die Suche.
Es gibt BHKW mit 3-5kW heute zu kaufen? Das ist mir neu, hat da mal jemand Hersteller und Type? Ein freistehendes EFH nach EnEV (also „Niedrigenergiehaus“, was heute Standard ist) braucht ja nach Größe 4-10kW, ein KfW60 Haus liegt dann im Bereich von unter 6kW usw. Dafür gibt es nach meinem Stand keine serienreife Geräte, sondern erst ab deutlich über 10kW, also Mehrfamilienhaus.
Der nächste Punkt ist ja, dass die Heizlast für den schlimmsten Fall gilt, also je nach Lage z.B. für -12°C Außentemperatur. Je nach Lage liegt diese Temperatur aber nur ein paar Tage im Jahr vor, der Rest ist „Übergangszeit“ und das Haus braucht nur 1-3kW Leistung auch wenn die Heizlast bei 6kW liegt. Ein BHKW für moderne EFH muss also entsprechend „modulieren“, damit es immer schön rund durchläuft. Moderne Gaskessel können das ja schon und Wärmepumpen lernen das gerade.
Auch den Hinweis auf die 4000 Betriebsstunden finde ich wichtig. Das wird nur über gute Modulation erreicht, heutige Öl- und Gaskessel sowie Wärmepumpen laufen meistens nur 2000 Stunden oder weniger im Jahr um „ihr Haus“ warm zu halten. Das liegt zum Teil an den aktuellen Grenzen der Modulation, aber sicher auch an den Grenzen des Wärmebedarfs in einem EFH.
Gruß, Hendrik