Mini-BHKWs, die einen Gesamtwirkungsgrad von mehr als 90 % erreichen können, funktionieren nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung: Ein speziell entwickelter Gas-Verbrennungsmotor treibt einen Generator zur Stromerzeugung an. Dieser wandelt die mechanische Energie des Motors in elektrische Energie um. Dabei wird die während des Prozesses freigesetzte Wärme über einen Plattenwärmetauscher ausgekoppelt und an das Heizsystem weitergegeben.
Möglichst lange Laufzeiten
Auf diese Weise wird die eingesetzte Energie doppelt genutzt und die Anlagen erzielen einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als bei der getrennten Erzeugung in zentralen Großkraftwerken und mit dem Heizkessel.
Die effiziente und kostensparende Strom- und Wärmeerzeugung wird mit kompakten, anschlussfertigen Mini-BHKWs auch für den privaten, öffentlichen und gewerblichen Bereich erschlossen. Dabei ist der aus der Stromerzeugung erwirtschaftete Gewinn hauptsächlich für die Energiekosteneinsparungen verantwortlich. Um eine möglichst hohe Auslastung des Mini-BHKWs und damit auch eine hohe Stromproduktion zu erreichen, sind lange Laufzeiten des Systems, möglichst übers gesamte Jahr hinweg, notwendig. Daher bieten Gebäude mit einem ganzjährig hohen Warmwasser- und Strombedarf optimale Voraussetzungen für den sinnvollen Einsatz der Geräte. Im privaten Bereich stellt ein Mini-BHKW demzufolge vor allem für die Eigentümer von Mehrfamilienhäusern und größeren Einfamilienhäusern eine vorteilhafte Investition dar.
Einfamilienhaus mit Schwimmhalle
Familie Groß aus Hamburg kaufte das sehr offen geplante Architektenhaus mit 380 m2 Wohnfläche vor allem deshalb, weil es über eine großzügige Schwimmhalle mit Sauna und über einen direkten Zugang vom Wohnzimmer aus verfügte. Schon zwei Jahre nach dem Einzug stellte die Familie fest, dass angesichts der nachlassenden Schwimmbadnutzung zu viel Geld für den Betrieb ausgeben wurde. Um den Energieverbrauch des Hauses zu senken, wurde die Schwimmhalle in ein Spielzimmer umgewandelt.
Erst als die Modernisierung der alten Heizungsanlage notwendig wurde und gleichzeitig längerfristige Pläne für den Weiterverkauf des Hauses reiften, wurde auch das Schwimmbad wieder zum Thema. „Langsam aber sicher wurde uns bewusst, dass es eigentlich eine Sünde ist, den Pool nicht zu nutzen“, so der Eigentümer. „Außerdem wäre es schade gewesen, das Haus ohne funktionierendes Schwimmbad zu verkaufen. Schließlich hatte dieses ja für uns selbst einen großen Teil des Reizes ausgemacht.“
Dem für die Modernisierung zuständigen Fachbetrieb KAS Anlagen aus Henstedt-Ulzburg eröffnete die Inbetriebnahme der Schwimmhalle völlig neue Möglichkeiten. Denn aufgrund des erhöhten Energiebedarfs war das Haus nun für den Einsatz eines Mini-BHKWs interessant. Das SHK-Unternehmen hatte die Familie bereits in der Vergangenheit kompetent beraten und Optimierungsmaßnahmen sowie Wartungsarbeiten an der 30 Jahre alten Heizanlage durchgeführt. Gestärkt durch das Vertrauen zum Fachbetrieb ließ sich der Eigentümer von den Vorteilen der neuen Heiztechnik schnell überzeugen: etwa 50 % weniger Gasverbrauch und bis zu 60 % reduzierte CO2-Emissionen.
Bedarfsorientierte Wärmeverteilung
Den mit Abstand anspruchsvollsten Part stellte die Erneuerung der Wärmeverteilung dar. Bisher wurde das gesamte Gebäude zentral über einen Heizkreis mit derselben Vorlauftemperatur angefahren. „Das Haus ließ sich praktisch die ganze Zeit über nicht adäquat beheizen. Je nach Nutzungsart war die Temperatur in den Räumen entweder zu hoch oder viel zu niedrig, aber nie passend“, erinnert sich der für die Modernisierung verantwortliche Heizungsbaumeister Keijo Sprogö. Deshalb teilte der Fachmann die über drei Etagen verlaufende Fußbodenheizung in drei Heizkreise auf, so dass jedes Geschoss mit einer maximalen Vorlauftemperatur von 38 °C separat bedient werden kann. Die 80 m2 große Einliegerwohnung im Souterrainbereich des Hauses, die ursprünglich ebenfalls zentral mitgeheizt wurde, erhielt einen eigenen Heizkreis mit Wärmemengenzähler, was die Heizkostenabrechnung wesentlich vereinfachte.
Die reaktivierte, ganzjährig betriebene Schwimmhalle mit 80 m2 Nutzfläche erhielt zwei Heizkreise: einer ist für die richtige Wassertemperatur im Pool zuständig, der andere Heizkreis für die Raumlufterwärmung. Die hierfür erforderlichen Vorlauftemperaturen lagen bei konstanten 50 bis 60 °C. Damit die Luftfeuchtigkeit im Schwimmbad nicht zu hoch wird, wird die Raumtemperatur immer um 2 K über der Wassertemperatur (ganzjährig 30 °C) gehalten. Auf diese Weise wird die Verdunstung des Poolwassers reduziert und Schäden an der größtenteils aus edlem Holz gefertigten Halle durch eine zu hohe Luftfeuchtigkeit vermieden. Die alte Fensterfront, die den Schwimmbereich vom direkt angrenzenden Wohnzimmer trennt, wurde durch Isolierverglasung ersetzt. Dadurch vermindern sich der Wärmeverlust in der Schwimmhalle sowie das unbeabsichtigte Mitbeheizen des Wohnbereichs.
Bedarfsorientierte Wärmeerzeugung
Zur Wärmeversorgung der sechs Heizkreise wurden die beiden alten atmosphärischen Kessel durch ein gasbetriebenes Mini-BHKW und einen zusätzlichen Spitzenlastkessel mit einer speziellen Regelung für bis zu vier Heizkreise ersetzt. Das „Ecopower“ Mini-BHKW deckt dabei mit einer thermischen Leistung von 4 bis 12,5 kW die ständig benötigte Grundlast des Heizsystems ab. Bei einem höheren Wärmebedarf schaltet sich der parallel eingebundene 30-kW-Brennwertkessel zu.
Aufgrund der patentierten Leistungsmodulation kann das Mini-BHKW seine Wärmeproduktion an den aktuellen Bedarf anpassen. Es läuft somit auch bei geringeren Wärmeanforderungen weiter, ohne dass es taktet oder ganz abschalten muss. Vor allem in den Übergangszeiten und im Sommer wird auf diese Weise ein Großteil der notwendigen Wärme direkt vom Mini-BHKW erzeugt. Damit kommt es zu einer wesentlichen Verlängerung der jährlichen Laufzeit und einer spürbar höheren Stromproduktion im Vergleich zu konventionellen Geräten. Familie Groß nutzt über die Hälfte der vom Mini-BHKW produzierten elektrischen Energie direkt im Gebäude. Der Rest wird ins öffentliche Netz eingespeist und mit einem Bonus zur gesetzlich festgelegten Vergütung an den örtlichen Stromversorger verkauft.
Relativ problemlose Installation
Die Installation des anschlussfertig gelieferten Mini-BHKWs bereitete dem Heiztechnik-Fachmann keine Probleme. „Obwohl im Inneren ein Gasmotor anstelle des gewohnten Brenners arbeitet, gestalten sich Aufstellung und Anschlussarbeiten nicht viel anders als bei einem Gas-Brennwert-Gerät“, erklärt Heizungsbaumeister Keijo Sprogö. „Die Installationsvorschriften des Herstellers und die werkseigene Schulung haben hier keine Fragen offen gelassen.“ Da das Mini-BHKW parallel zum Spitzenlastkessel eingebunden wurde, arbeiten beide Geräte auf den 1000 l Kombispeicher mit integriertem 200 l Trinkwasserspeicher. Weil im Technikraum nicht genug Platz für den Pufferspeicher vorhanden war, stellte Sprogö diesen 20 m entfernt auf und nutzte dabei eine ehemalige Wasserleitung als Fernleitung. Danach galt es nur noch, die Gasanlage an die Gasregelstrecke des Mini-BHKWs anzuschließen und abschließend das Abgassystem durch den vorhandenen Kamin zu führen.
Die elektrische Installation bereitete dem Fachhandwerksbetrieb keine Probleme, weil Keijo Sprogö auch einen Meistertitel im Elektrofach besitzt. Da das Mini-BHKW den selbst produzierten Strom direkt in netzkompatiblen, dreiphasigen Wechselstrom umwandelt, konnte das kleine Kraftwerk an das Hausnetz angeschlossen werden. Eine Aufgabe, die auch für konzessionierte Elektrofachbetriebe eine Routinetätigkeit ist und sich mit relativ geringem Aufwand realisieren lässt. Um die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz zu ermöglichen, wurde vom örtlichen Energieversorger ein neuer Vierquadrantenzähler, der sowohl den Strombezug als auch die Einspeisung dokumentiert, angebracht.
Komfortable Fernüberwachung
Um einen sicheren Betrieb des kleinen Kraftwerks zu gewährleisten, hat Fachmann Sprogö bereits im Vorfeld die Elektrik des Einfamilienhauses geprüft und dafür gesorgt, dass auf allen drei Phasen eine symmetrische Lastverteilung gewährleistet ist. Darüber hinaus wurde die Telefonanlage über eine zusätzliche vierte Stromleitung in das Netz eingebunden. An das Telefonnetz wurden anschließend sowohl der Vierquadrantenzähler als auch die Fernüberwachung des Mini-BHKWs angeschlossen. Auf diese Weise kann zum einen der Stromversorger die monatliche Ablesung des Zählers vom eigenen Standort aus tätigen. Und Heizungsbaumeister Sprogö bekommt die Daten des Mini-BHKWs direkt im Büro übermittelt, um sie dort auszuwerten und die Anlagenparameter bei Bedarf zu optimieren.
Nach knapp zwei Jahren Betriebszeit hat die Anlage im Haus der Familie Groß mit etwa 7500 Betriebsstunden jährlich die Erwartungen deutlich mehr als erfüllt. Der Eigentümer zeigt sich angesichts der spürbaren Vorteile sehr zufrieden: „Die Investition hat sich vor allem im Hinblick auf die Energiekosten bestens gelohnt. Zusätzlich zur Wärme decken wir mit dem Mini-BHKW ja auch über 80 % unseres Strombedarfs. Mit allen Förderungen und Steuerleichterungen sparen wir so jedes Jahr fast 4000 € ein. Damit können wir das Schwimmbad ohne Mehrkosten uneingeschränkt nutzen und haben gleichzeitig auch den Wiederverkaufswert des Hauses durch die zukunftsfähige Energieversorgung erhöht.“
Aufgrund seiner bisherigen Erfahrungen mit den leistungsmodulierenden Mini-BHKWs ist Heizungsbaumeister Sprogö davon überzeugt, mit dem Einstieg ins Mini-BHKW-Geschäft die richtige Entscheidung getroffen zu haben: „Schließlich bietet die Mini-BHKW-Technik als umweltschonende und wirtschaftliche Art der Strom- und Wärmeversorgung eine Vielzahl von überzeugenden Verkaufsargumenten“, so das Resümee des Heiztechnik-Fachmanns.
Objektübersicht
Einfamilienhaus mit Schwimmbad, 380 m² Wohnfläche, nachträgliche Installation eines Ecopower Mini-BHKWs
Energiebedarf
– Heizung: 98400 kWh/a
– Warmwasser: 11600 kWh/a
– Prozesswärme (Schwimmbad): 10000 kWh/a
– Gesamtwärmebedarf: 120000 kWh/a
– Strombedarf: 20000 kWh/a
Energieproduktion des Mini-BHKWs
– Wärmeerzeugung (Leistung: 4–12 kW, modulierend) 77400 kWh (Deckungsanteil Wärme: 64,5 %)
– Stromerzeugung (Leistung: 1,3–4,7 kW, modulierend): 29 100 kWh; davon 16800 kWh Eigenverbrauch (Deckungsanteil Strom: 84 %)
– Jahreslaufzeit: 7 509 Std/a
Finanzielle Bilanz
– Vermiedene Stromkosten: 2687 €/a
– Erlös aus Stromeinspeisung: 862 €/a
– Eingesparte Stromsteuer: 344 €/a
– Rückerstattung Energiesteuer: 714 €/a
– Gesamtkosteneinsparung (ohne Kapitalkosten): 3871 €/a
Weitere Informationen
Unser Autor Dipl.-Ing. Hartmut Meißner ist Vertriebsleiter der Powerplus Technologies GmbH, einem Vaillant-Tochterunternehmen. Meißner war bereits vor zehn Jahren maßgeblich an der Einführung leistungsmodulierender Mini-BHKWs in Deutschland beteiligtt, 07548 Gera, Telefon (03 65) 83 04 03 00, E-Mail: hartmut.meissner@ecopower.de, Internet: http://www.ecopower.de.
