Blockheizkraftwerk: Heizen mit BHKW
Das Blockheizkraftwerk ist eine der wenigen Lösungen in der Gebäudetechnik, Strom und Wärme zugleich zu produzieren. Ein Verbrennungsmotor treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Die Deckung des Heizwärmebedarfs geschieht durch die Nutzung der dabei anfallenden Wärme.
Im Folgenden sehen wir uns an, wie das im Detail funktioniert, was dazu benötigt wird, wie ökonomisch und ökologisch die Anlage arbeitet und ob und wo im Betrieb eines Blockheizkraftwerks (BHKW) die Infrarotheizung mit ins Spiel kommen kann.
Funktionsweise eines Blockheizkraftwerks
Wie ein Blockheizkraftwerk funktioniert ist sehr komplex. Abgesehen davon, dass der Stromgenerator auf verschiedene Weisen betrieben werden kann, sind die Abläufe und Steuerungsmechanismen variabel anpassbar. Grundsätzlich kann man sagen, dass man sich beim BHKW das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zunutze macht.
Kraft-Wärme-Kopplungsanlage
Zur Erzeugung elektrischer Energie und Wärme benötigt ein vollständiges Blockheizkraftwerk mit KWK zunächst einen Motor, eine Brennstoffzufuhr und gegebenenfalls einen Tank, einen Generator, einen Wärmetauscher, einen Abgaswärmetauscher und einen Wärmespeicher bzw. Pufferspeicher.
Zunächst treibt ein Motor einen Generator an. Welcher Motor das ist, kommt auf die Anlage an. In den meisten Blockheizkraftwerken ist ein Verbrennungsmotor verbaut, aber auch ein sogenannter Stirling-Motor ist geeignet. Sie sind mit Gas gefüllt, dessen Temperatur verändert wird, wobei durch die entstehende Expansion und Komprimierung des Gases der Motor in Bewegung gesetzt wird.
Der durch den Generator erzeugte Strom kann direkt genutzt werden. Durch den Betrieb wird allerdings einiges an Eingangsenergie in thermische Energie verwandelt, die bei einem normalen Motor verloren gehen würde. In KWK-Anlagen hingegen wird auch diese Wärme mithilfe eines Wärmetauschers nutzbar gemacht und dafür verwendet, Warmwasser aufzubereiten und den Heizbedarf des Gebäudes zu decken.
Brennstoff
Sowohl ökonomisch als auch ökologisch beim Betrieb eines Blockheizkraftwerks von Belang ist der Brennstoff, mit welchem der Verbrennungsmotor betrieben wird. Je nach eingesetzter Primärenergie verändern sich die laufenden Kosten, die Ökobilanz und die Wartungsintensität sowie die Lebensdauer des Geräts.
| Öl |
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| Viele BHKWs laufen mit Heizöl. Meist wird dafür Erdöl verwendet, welches zu den fossilen Brennstoffen gehört und damit aus ökologischer Sicht nicht die erste Wahl sein sollte. Dennoch muss man fairerweise einräumen, dass ein BHKW Erdöl effizienter nutzt, als andere Geräte, die durch einen Verbrennungsmotor betrieben werden.
Alternativ zum Erdöl gibt es die Möglichkeit mit Pflanzenöl zu arbeiten. Besonders Palmöl wird dabei oft eingesetzt, obwohl dieses Vorgehen sozioökonomisch und ökologisch bedenklich ist. Außerdem muss Pflanzenöl, egal um welches es sich handelt, dunkel und kühl gelagert werden und aufgrund der begrenzten Haltbarkeit zeitnah aufgebraucht werden. Prinzipiell gilt beim Einsatz von Öl, dass die Verbrennung vergleichsweise ‚schmutzig‘ vonstattengeht und dass dadurch die Wartungs- und Ölwechselintervalle kürzer werden. |
| Gas |
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| Beim Gas verläuft die Verbrennung – im Gegensatz zum Öl – wesentlich sauberer. Das verursacht weniger Wartungskosten. Außerdem wird kein Platz für den Tank benötigt, da man die Anlage einfach an das Gasnetz schließen kann, sofern ein Anschluss vorhanden ist. Allerdings ist man dann wieder netzgebunden. Auch Flüssiggas ist möglich, wofür wiederum ein Tank benötigt wird, wobei man dafür autark heizen und Strom erzeugen kann.
Vorteil vom Netzanschluss ist, dass man bequem den Anbieter wechseln und man so auch Biogas fördern kann. Bei Erdgas handelt es sich nämlich wiederum um einen fossilen und damit ökologisch bedenklichen Brennstoff. In Betrieben, wo Biogas oder Klärgas und damit erneuerbare Energien anfallen, wird dieses oft direkt dazu genutzt das dazugehörige BHKW zu betreiben, um den Betrieb mit elektrischer und thermischer Energie zu versorgen. |
Erreichbarer Wirkungsgrad
Die Effizienz eines Kraftwerks ergibt sich aus dem elektrischen Wirkungsgrad. Dieser beträgt bei einem gewöhnlichen Verbrennungsmotor zum Teil weit unter 50%. Das bedeutet, dass nicht einmal die Hälfte der eingebrachten Primärenergie schließlich an elektrischer Leistung aus dem Motor kommt. Der Rest der Energie geht als Abwärme verloren.
Dies wäre beim BHKW auch der Fall, wäre da nicht die Kraft-Wärme-Kopplung. Sie sorgt dafür, dass die Abwärme genutzt wird und damit der Gesamtwirkungsgrad der Anlage auf bis zu 95% gesteigert werden kann. Bei Großkraftwerken, die in der Industrie verwendet werden, wird diese Abwärme oft als Fernwärme für die Bevölkerung genutzt, wobei allerdings durch den Transport wiederum Energie verloren geht.
Den besten Wirkungsgrad erzielen dezentrale Blockheizkraftwerke, deren gewonnene elektrische und thermische Energie direkt vor Ort genutzt werden.
Kosten für Strom und Wärme beim BHKW
Die Anschaffung eines BHKW stellt eine recht kostspielige Investition dar. Sogenannte Nano-BHKWs, die sich für den Einsatz in Einfamilienhäusern eignen, sind ab etwa EUR 10.000,- zu haben. Preise für größere BHKWs für Mehrparteiengebäude können gut und gerne in den höheren 5-stelligen Bereich klettern. Dazu kommen noch die Kosten für Einbau, zusätzliche Pufferspeicher etc.
Nicht zu vernachlässigen sind selbstverständlich auch die Brennstoff- und Wartungskosten, wobei die Kosten je nach Brennstoff variabel sind. Außerdem können die Preise für ein und denselben Brennstoff ständig variieren. Während man für den Betrieb eines Blockheizkraftwerks eine vergleichsweise große Menge an Brennstoff benötigt, ist dafür der Output respektabel.
Nicht zuletzt ist der Gesamtpreis und die Geschwindigkeit der Amortisation nicht nur von den Brennstoffpreisen, sondern auch vom Einfluss des Gases oder Öls auf die Anlage abhängig. Beim Einsatz von Öl sind die Wartungskosten höher und die Lebensdauer kürzer als beim Betrieb mit Gas.
Mini-BHKW und Co.: die BHKW-Arten und ihre Einsatzgebiete
Je nach Größe der Anlage spricht man von einer anderen Art von Blockheizkraftwerk. Jene, die mit unter 2,5 kWel (Kilowatt elektrisch) elektrischer Leistung arbeiten, nennt man Nano-BHKW. Sie werden vorwiegend in Einfamilienhäusern eingesetzt. Bis 20 kWel reichen die Mini-BHKWs, die bei Wohn- und Geschäftsquartieren, öffentlichen Einrichtungen oder Mehrfamilienhäusern eingesetzt werden.
Nahwärmenetze und ganze Stadtsiedlungen können von Mikro-BHKWs mit Strom und Wärme versorgt werden, die bis 50 kWel bringen. Darüber hinaus verliert das Kraftwerk seinen Zusatz und wird nur noch BHKW genannt. Solche Anlagen, also jene über 50 kWel Leistung finden sich in der Großindustrie und speisen ganze Fernwärmesysteme mit Wärme, während der Strom in der Industrie verwendet wird.
Blockheizkraftwerk fürs Einfamilienhaus
Der Betrieb eines Blockheizkraftwerks ist im Einfamilienhaus eher ein seltener. Nach und nach kommen allerdings immer mehr Geräte auf den Markt, deren Leistung so gering ist, dass sie für so kleine Gebäude geeignet sind. Die sogenannten Nano-BHKWs leisten nur etwa 1 kWel und werden im Haushalt für die Stromversorgung, die Warmwasserbereitung und die Heizung verwendet.
Damit sich die Investition auszahlt, sollte man mit einem Blockheizkraftwerk auf eine hohe Betriebsstundenzahl kommen. Gerade im Sommer kann sich dies schwierig gestalten, da dann der Heizbedarf fast gänzlich wegfällt, der Strombedarf aber in der Regel nahezu gleichbleibt. Gute Pufferspeicher können dieses Missverhältnis ausgleichen.
Überschuss ins Stromnetz einspeisen
Wird im Winter beispielsweise viel geheizt und dementsprechend auch viel Strom erzeugt, kann der überschüssige Strom ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Dafür bekommt man eine Vergütung, insbesondere, wenn dieser Strom mithilfe von erneuerbarem Brennstoff gewonnen wurde. Damit kann die Amortisation der Anlage noch schneller vonstattengehen.
Verbindung mit Infrarot
Die Verbindung des BHKW mit einer Infrarotheizung ergibt zumindest beim Betrieb im Einfamilienhaus leider nur wenig Sinn, da dort darauf geachtet werden sollte, dass man lange Laufzeiten der Anlage zusammenbekommt, was die Anlage effizienter laufen lässt. Kommt es zum sogenannten „Takten“ (aus- und einschalten) der Anlage, kann das an der Lebensdauer nagen.
Besteht sowohl ein hoher Wärmebedarf als auch ein hoher Warmwasserbedarf, was vor allem in der industriellen Anwendung (Großküchen, Wohn- und Pflegeheime, Gastronomie, Sportstätten, etc.) gegeben ist, spielt die Zusammenarbeit von Infrarotheizung und BHKW durchaus seine Vorteile aus. Die Warmwasserbereitung wird dann durch die Abwärme des BHKW gedeckt, während sich die Infrarotstrahlung um die Heizung der Räume kümmert.
Entsteht zusätzlicher Heizbedarf ist es also ratsamer den sogenannten Spitzenlastbrenner der Anlage in Betrieb zu nehmen, damit die teure Investition besser genutzt wird. Ein zusätzliches Heizelement ist dann prinzipiell nicht nötig, wobei man abschließend sagen muss, dass viele wohl selbst mit einem bestehende Blockheizkraftwerk nicht auf die angenehme Wärme eines Infrarotpaneels z. B. in Form einer Deckenheizung oder Wandheizung verzichten wollen würden.
Besonders im Badezimmer kann eine Infrarotheizung Wunder wirken, da hier prinzipiell mehr Wärmebedarf besteht. Warme, trockene Handtücher bekommt man bei einer mit einem Handtuchhalter kombinierten Infrarotheizung. Zudem hält die direkte Strahlungswärme Feuchtigkeit und damit einhergehende Schimmelbildung fern. Was will man mehr als eine Heizung, die nicht nur heizen kann?
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