Kraft-Wärme-Kopplung

Bei der Erzeugung von Strom in Kraftwerken wird nur ca. 30-40 Prozent der im Brennstoff enthaltenen Energie in Strom umgesetzt, die restlichen 60-70 Prozent gehen als Abwärme verloren. Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung hingegen beruht auf der kombinierten dezentralen Erzeugung und Nutzung von Strom und Wärme in einem Kraftwerk. Der Wirkungsgrad liegt bei etwa 90 Prozent. Als konventionelle Technologien zur Kraft-Wärme-Kopplung stehen die Dampfturbine, der Verbrennungsmotor sowie die Gasturbine zur Verfügung. Neuere Technologien wie die Brennstoffzelle oder der Stirlingmotor erweitern die bestehenden KWK-Technologien. Die Verbrennungsmotoren können auch mit RME (Raps-Methylester, „Biodiesel“), reinem Pflanzenöl oder Biogas betrieben werden, was einen verminderten CO₂-Ausstoß bedeutet.

Die Verbrennungstechniken (Motor, Gasturbine) unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich der Art der Abwärme. Während bei Verbrennungsmotoren der größte Teil der Abwärme im Kühlwasser anfällt, wird die Wärme beim Gasturbinenprozess in einem höheren Temperaturbereich durch das Abgas abgegeben. Daraus resultieren u.a. auch die unterschiedlichen Anwendungsfelder dieser beiden Technologien. So werden Gasturbinen insbesondere im Bereich der Industrie zur Bereitstellung von Niedertemperatur-Prozesswärme (bis 5000 C) eingesetzt, während die Motorenanlagen vor allem im Bereich der Raumwärmetemperatur-Bereitstellung ihre Anwendung finden.

Insbesondere im Bereich der Raumwärmebereitstellung wird das BHKW-System meistens durch einen Spitzenkessel sowie einen Wärmespeicher ergänzt. Einsatzgebiete von BHKW sind u.a. Hallenbäder, Krankenhäuser, Wohnsiedlungen, Wohnhäuser, Inselbetrieb. Neuerdings sind jedoch auch Klein-BHKW verfügbar, die in kleineren Wohnhäusern zum Einsatz kommen können.

 

Wärmeabgabe an die Räume

 

Am gängigsten ist die Beheizung eines Gebäudes über Heizkörper (Radiatoren, Plattenheizkörper). Diese sind gut regelbar, in allen Leistungsgrößen und mittlerweile auch in interessantem Design lieferbar.

In Gebäuden mit sehr kleinem Wärmebedarf (Passivhäuser mit einer maximalen Heizleistung von weniger als 10 W/m²) ist ein Transport der Wärme über die Lüftungsanlage möglich. Heizflächen werden bis auf die im Badezimmer, das nach Norm eine Temperatur von mindestens 23° C erreichen können muss, entbehrlich. Einerseits erspart dieses Konzept einen Großteil Kosten für Verteilung, Heizkörper und Verteilleitungen, andererseits benötigt es bei Volllast relativ hohe Systemtemperaturen (ca. 60° C). Zum Glück werden im Passivhaus diese hohen Temperaturen nur wenige Stunden im Jahr nötig.

Die Flächenheizungen (Fußboden/Wand) haben den Vorteil, dass sie mit sehr niedrigen Heizmitteltemperaturen (max. 35 bis 25 °C) auskommen. Für den Betrieb mit Wärmepumpen sind sie deshalb die erste Wahl, weil die Effizienz der Wärmepumpe mit sinkender Heizflächentemperatur steigt (siehe Seite 4). Durch den hohen Strahlungsanteil bei der Wärmeübertragung erzeugen sie ein im Vergleich zu Hochtemperatur-Heizkörpern behagliches Raumklima. Ein Nachteil der Flächenheizung besteht in der schwerfälligen Regelbarkeit aufgrund der großen erwärmten Speichermassen (Estrich/ Wand) und der dadurch bedingten schlechteren Ausnutzung der durch die Fenster einfallenden Sonnenenergie. Denn wenn die Sonne auf bereits erwärmte Baumassen scheint, wird es schnell zu warm. Ein weiterer Nachteil der Flächenheizung ist der höhere Wärmeverlust durch das erwärmte Bauteil. Hier ist eine ausreichende Wärmedämmung (mindestens 12 bis 16 cm) vorzusehen.

Um den Komfortgewinn der Fußbodenheizung mit den energetischen Vorteilen von Heizkörpern zu kombinieren, besteht die Möglichkeit, nur die Räume mit Fußbodenheizung auszustatten, die häufig barfuß betreten werden (Bad, WC).

Konvektoren (z. B. als Fußleistenheizung) geben die Wärme fast ausschließlich über Konvektion (Warmluftumwälzung) ab, was im Bestandsgebäude hohe Vorlauftemperaturen erfordert. In gut gedämmten Gebäuden ist dieses Problem weniger bedeutend. Allerdings erschweren sie das Platzieren von Möbeln an den Außenwänden. Zudem sollten die eng stehenden Blechlamellen regelmäßig vom Staub gereinigt werden.

 

Checkliste: Betriebsüberwachung durch Nutzer ist notwendig

Nach dem Einbau neuer Heiztechnik sollten Sie Ihre Anlage im laufenden Betrieb auf ihre Effizienz überwachen, indem Sie die Betriebszustände gelegentlich überprüfen und sich die Zählerstände für den Verbrauch und ggf. auch für die erzeugte Energie notieren. Nachfolgend werden einige Punkte genannt, auf die der Nutzer im Betrieb achten sollte, um eine möglichst hohe Energieausnutzung zu erzielen.

Zur allgemeinen Wartung Ihrer Heizanlage sollten Sie einen Wartungsvertrag mit Ihrem Heizungsbetrieb abschließen. Eine Veränderung von Einstellwerten sollte besser von einem Fachmann durchgeführt werden.

Bei allen Verbrennungsvorgängen ist der richtige CO²-Gehalt im Abgas entscheidend. Überprüfen Sie regelmäßig den Wert aus der Messung des Schornsteinfegers mit den Angaben des Herstellers. Ergeben sich größere Differenzen, bitten Sie den Installateur, den Wärmeerzeuger neu einzustellen.

Die Schaltdifferenz zwischen Ein- und Ausschalten Ihrer Heizanlage sollte nicht zu klein sein, um lange Laufzeiten des Gerätes zu erreichen. Bitten Sie Ihren Installateur, eine hohe Schaltdifferenz einzustellen.

Öl- Pellet- und Holzvergaserkessel: Die Oberflächen der Wärmetauscher müssen regelmäßig gereinigt werden. Dies wird im Rahmen des Wartungsvertrags von Ihrem Heizungsfachmann durchgeführt. Lassen Sie den Brenner prüfen und gegebenenfalls neu einstellen.

Warmwasserzirkulation: Im Falle einer Zeitsteuerung sollten Sie möglichst kurze Laufzeiten für die Zirkulationspumpe wählen. Ist noch keine vorhanden, rüsten Sie auf jeden Fall eine Zeitschaltuhr nach, welche die Zirkulationspumpe nur in den Zeitperioden mit Warmwasserbedarf einschaltet. Neue Zirkulationspumpen im Einfamilienhaus sollten nicht mehr als 5 Watt benötigen.

Heizungsumwälzpumpe: Haben Sie noch eine mehrstufig einstellbare Umwälzpumpe, schalten Sie diese auf eine möglichst kleine Stufe zurück. Je besser der hydraulische Abgleich Ihres Rohrnetzes ist, desto niedriger kann die Stufe der Umwälzpumpe gewählt werden. Ist Ihre Pumpe alt und nicht einstellbar, sollte sie sofort gegen eine Hocheffizienzpumpe der Klasse A getauscht werden.

Heizkörper sollten von Zeit zu Zeit entlüftet werden.

Der Wasserdruck im Heizsystem muss regelmäßig überprüft werden. Ist der Druck unter den Sollwert gefallen, kann Wasserverlust oder ein defektes Druckausgleichsgefäß die Ursache sein.

Die Heizungsregelung kann durch den Heizungsbauer nur voreingestellt werden. Die passende Einstellung muss während des Betriebs gefunden werden. Bei der heute üblichen außentemperaturabhängigen Vorlauftemperaturregelung müssen folgende Größen eingestellt werden:

Erstens die Zeiträume und Soll-Temperaturen für normalen und abgesenkten Heizbetrieb. Hinweis: Die eingestellte „Nachttemperatur“ hat nichts zu tun mit der tatsächlichen nächtlichen Raumtemperatur. Sie muss so lange reduziert werden, bis die gewünschte Raumtemperatur des Nachts erreicht wird. Aus energetischer Sicht ist im wärmegedämmten Gebäude die Nachtabschaltung am günstigsten, da in dieser Zeit auch kein Pumpenstrom verbraucht wird, zweitens die auf das Gebäude passende Heizkurve.