Versorgung einzelner Gebäude

Jahrzehntelang beschränkte sich die Anwendung der KWK im Wesentlichen auf die Industrie und öffentliche Fern-wärmeversorgung. Kleinere Gebäude konnten die Vorteile der KWK nur nutzen, wenn sie an ein Fernwärmenetz angeschlossen waren. Mit den serienmäßig hergestellten Mini-BHKW ist Kraft-Wärme-Kopplung auch für einzelne kleinere Objekte einsetzbar. Diese können durch den Betrieb eines Mini-BHKW die Vorteile der KWK nutzen, die Umwelt entlasten und in vielen Fällen Energiekosten sparen.Geeignete VersorgungsobjekteMini-BHKW versorgen Wohngebäude, öffentliche Gebäude sowie Industrie und Handel mit Wärme und Strom

 

Besonders günstige Einsatzbedingungen bieten:

  • Große Einfamilienhäuser mit sehr hohem Wärmebedarf durch Schwimmbad, Büro, Verkaufsräume o.Ä.
  • Mehrfamilienhäuser, Reihenhäuser, Wohnblocks
  • Hotels, Pensionen, Gasthöfe, Tagungsstätten
  • Altenwohnheime, Studentenwohnheime
  • Kindergärten, Schulen, Betriebsgebäude<
  • Sportanlagen, Schwimmbäderandere Gebäude oder Betriebsstätten mit ganzjährigem Wärme- und Strombedarf

Es können auch einige benachbarte Gebäude durch ein – oder mehrere gemeinsam gesteuerte – Mini-BHKW zusammen über ein Wärmenetz versorgt werden. Im Wärmeverbund oder im Mehrfamilien- oder Reihenhaus ersetzt ein zent¬rales BHKW mehrere einzelne Heizungsanlagen. Neben einer effizienten Energieversorgung bietet das den Vorteil, dass Modernisierungen – z.B. der Einsatz verbesserter Technologie oder umweltfreundlicherer Brennstoffe – nur an einer einzelnen Anlage vorgenommen werden müssen, aber viele Nutzer davon profitieren können.

Mehrfamilienhaus

 Abbildung 14: Zwölf Wohnungen und ein Café werden in Schönau im Schwarzwald durch zwei Mini-BHKW versorgt

 

Die folgende Tabelle gibt einige Beispiele von Gebäuden, die einen wirtschaftlichen Einsatz eines Mini-BHKW erwarten lassen.

Gebäude Mindest-Größe oder Wärmebedarf als Anhaltspunkt  
Mehrfamilienhaus 8 – 10 Wohnungen  

 

Die angegebenen Größen bieten lediglich Anhaltspunkte. Ob für ein vorliegendes Objekt der Einsatz eines Mini-BHKW tatsächlich ökologisch und wirtschaftlich sinnvoll ist, muss im Einzelfall geprüft werden und hängt auch entscheidend von der richtigen Auslegung des BHKW-Systems ab.

 Mini-BHKW können in fast jedem Gebäude eingesetzt werden, in dem ein ausreichender Wärmebedarf besteht, denn:

  • Mini-BHKW sind klein. Sie können auf einem Lkw angeliefert werden, passen durch die Tür und finden in einem normalen Heizungsraum Platz. Bei 10 – 15 kW thermischer Leistung liegen die Abmessungen des kompletten Moduls in der Größenordnung 100/140cm x 70/80cm x 90/100cm.
  • Mini-BHKW sind leicht. Mit geeigneten Transporthilfen (Hebegurte, Hubwagen, Transportschlitten) werden sie – nötigenfalls auch über Treppen – in den Heizungsraum befördert. Die kleinsten BHWK wiegen 300 – 500 kg und können zum Teil für den Transport zerlegt werden.
  • Mini-BHKW sind kompakt. Sie werden als komplette, anschlussfertige Anlage angeliefert, so dass ihre Aufstellung in einen vorhandenen Heizungsraum durch einen fachkundigen Heizungsinstallateur möglich ist. Die Einbindung in das Stromnetz nimmt ein Elektrofachmann vor. Der Anschluss an die Öl- oder Gasversorgung, an den Kamin, ans Strom-und Heizungsnetz und an die Warmwasserversorgung erfordert keine größeren Umbauten, wenn das Gebäude mit einer Zentralheizung und zentraler Warmwasserversorgung ausgerüstet ist.
  • Mini-BHKW haben eine kleine Leistung. Bei 10 – 12 kWth ist in kleinen Mehrfamilienhäusern, Schulen etc. mit typischem Wärmebedarf eine gute Auslastung des BHKW und damit ein wirtschaftlicher Betrieb möglich.
  • Mini-BHKW machen nicht viel Lärm. Sie sind in der Regel mit einer Verkleidung zur Schalldämmung ausgestattet. Mit einem Schalldruckpegel von 50 – 70 dB(A) in 1 Meter Entfernung sind Mini-BHKW nicht lauter als eine normale Unterhaltung.
  • Das „kleine Kraftwerk“ verhält sich so unauffällig und zuverlässig wie Ihre gewohnte Gas- oder Ölheizung.

 MiniBHKW

Abbildung 15: Zwei Mini-BHKW passen problemlos in den Heizungsraum

Thermische Auslegung

Wie groß muss nun der Wärmebedarf sein, damit sich der Einsatz eines Mini-BHKW lohnt?
Ausschlaggebend für die Beurteilung ist die Grundlast des Wärmebedarfs, denn um lange Laufzeiten zu erreichen, wird nur dieser Anteil durch das Mini-BHKW abgedeckt. Im Gegensatz zum Heizwärmebedarf ist der Warmwasserbedarf über das ganze Jahr annähernd konstant und kann so vollständig durch das Mini-BHKW abgedeckt werden. Dadurch ergeben sich z.B. in Hotels oder anderen Gebäuden mit großem Warmwasserverbrauch oft besonders günstige Voraussetzungen für den Einsatz eines Mini-BHKW. In Bürogebäuden hingegen wird Wärme oftmals fast nur für das Heizen gebraucht, und das Mini-BHKW kann im Sommer nicht ausgelastet werden.
Je mehr Menschen in dem zu versorgenden Gebäude wohnen, desto größer ist der Anteil der kontinuierlichen Warmwasserbereitstellung am gesamten Wärmebedarf, außerdem werden durch die individuell unterschiedliche Wärmenutzung Lastspitzen ausgeglichen und der Wärmebedarf vergleichmäßigt. Im Wohnbereich werden Mini-BHKW daher vor allem in Mehrfamilienhäusern, Wohnanlagen u.ä. eingesetzt. Dagegen kommen Einfamilienhäuser nur bei erhöhtem Wärmebedarf durch zusätzliche Verbraucher, z.B. Schwimmbäder, für den sinnvollen Einsatz eines Mini-BHKW in Frage. Ist der Wärmebedarf eines Gebäudes zu gering, kann überlegt werden, ob benachbarte Gebäude über ein Wärmenetz mitversorgt werden können.
Für eine erste Abschätzung gilt als Faustregel, dass das Mini-BHKW mindestens 4.000 Betriebsstunden im Jahr bei Volllast und vollständiger Nutzung der erzeugten Wärme erreichen muss, um wirtschaftlich sein zu können. Das bedeu¬tet, dass auch außerhalb der Heizperiode ein ausreichender Wärmebedarf bestehen muss, z.B. für den Warm - wasserbedarf in Wohngebäuden, für Schwimmbaderwärmung, für Prozesswärme in Industriebetrieben oder für Trocknungsprozesse etc.

Abbildung 16: Möglichkeiten für die wärmeseitige Einbindung eines Mini-BHKW

 

Jahresdauerlinie


Die Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs gibt an, an wie vielen Stunden im Jahr eine gegebene Wärmelast erreicht oder überschritten wird.

Abbildung 17: Beispiel für Jahresdauerlinie: An 4.000 Stunden im Jahr beträgt die Wärmelast mindestens 12 kW

Als Richtgröße für die erforderliche Leistung des Mini-BHKW wird vielfach angegeben, dass diese 15% – 30% der maxi¬malen Wärmelast betragen soll. Dies bezieht sich jedoch auf die maximale Wärmelast, die sich ergibt, wenn man mittle¬re Außenluft-Temperaturen zugrunde legt. DIN 4701 zur Berechnung der Heizwärmelast hingegen berücksichtigt den niedrigsten Zweitagesmittelwert, der zwischen 1951 und 1970 zehnmal auftrat, und erhält dadurch wesentlich höhere Werte für die maximale Wärmelast. Für die Dimensionierung des Mini-BHKW sind jedoch selten auftretende Tiefst¬temperaturen unerheblich, da die Spitzenlast ohnehin durch den Spitzenkessel abgedeckt wird.
Geht man von der Leistung eines gewählten Mini-BHKW-Moduls aus, lässt sich aus der Jahresdauerlinie ablesen, wie viele Betriebsstunden es im Jahr erreichen kann. Je flacher die Kurve verläuft, d.h. je gleichmäßiger der Wärmever¬brauch über das Jahr ist, desto günstiger sind die Bedingungen für den Einsatz eines Mini-BHKW. Die Betriebszeit des Mini-BHKW lässt sich durch die Einbindung eines Wärmespeichers in vielen Fällen erheblich erhöhen (s. Betriebsweise, Kapitel 7.2.2).
Entscheidend für die Auslegung des Mini-BHKW ist also nicht der Gesamtwärmebedarf, sondern vielmehr der Verlauf über das Jahr. In den meisten Fällen – zumindest im Wohnbereich – liegen jedoch keine Jahresdauerlinien vor, und die relativ kleine Investition für ein Mini-BHKW rechtfertigt nicht den Aufwand, den Wärmelastgang über das ganze Jahr zu messen. Jedoch gibt es für Wohnhäuser, Wohnanlagen, Hotels, Schulen etc. jeweils typische Verläufe des Wärmebedarfs (Lastprofile), auf die man sich stützen kann. Da der Gesamtwärmebedarf in der Regel bekannt ist – durch den jährlichen Gas- oder Heizölverbrauch – kann das Lastprofil auf den tatsächlichen Verbrauch skaliert werden.

Abschätzung für den Mindest-Wärmebedarf

Ausgehend von einem typischen Lastprofil für ein Mehrfamilienhaus lässt sich abschätzen, dass bei einem Gesamt-wärmebedarf von 120 MWh pro Jahr die Wärmelast an 4.000 Stunden den Wert von 12 kW erreicht oder überschreitet. 120 MWh Wärme entspricht rund 12.000 Litern Heizöl oder 12.000 Kubikmetern Erdgas! Dieser Jahresverbrauch sollte also mindestens bestehen, um den Einsatz eines Mini-BHKW in Erwägung zu ziehen. Dabei darf man nicht vergessen, dass es sich hierbei um Anhaltswerte handelt, die eine genauere Wärmebedarfsrechnung nicht ersetzen können. Es muss auch berücksichtigt werden, dass 4.000 Betriebsstunden im Jahr durchaus keine Garantie für die Wirtschaftlichkeit des Mini-BHKW darstellen. Eine Wirtschaftlichkeitsrechnung ist in jedem Fall angebracht.

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