Heizen mit Kraft-Wärme-Kopplung für den kleinen Mann

Das sind die neuen Möglichkeiten

Noch ist vielen Hausbesitzern und Bauherren der Begriff Kraft-Wärme-Kopplung nicht so geläufig, zumal ja der großflächige Einsatz von Fotovoltaikanlagen und thermisch arbeitender Solarpanelen in den letzten Jahrzehnten stark im Vordergrund stand. Doch nicht umsonst wurde das bereits im Jahr 2002 in Kraft getretene Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz von der Bundesregierung zum 21. Dezember 2015 erneuert, denn in dem System der Kraft-Wärme-Kopplung steckt in Bezug auf Energieersparnis und vor allem der effektiven Nutzung der eingesetzten Ressourcen ein noch höheres Potenzial als in der direkten Energiegewinnung aus Sonne und Wind.

Warum eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage?

In vielen Gemeinden und Städten werden Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen schon lange genutzt, etwa in Müllverbrennungsanlagen, um elektrischen Strom zu erzeugen und gleichzeitig die entstehende Wärme in ein Fernwärmenetz einzuspeisen. Schon in solchen Großanlagen zeigt sich eine wesentlich bessere Ausnutzung der eingesetzten Brennstoffe im Verhältnis zur getrennten Erzeugung von Strom und Heizwärme. In einem Blockheizkraftwerk wird diese gemeinsame Erzeugung von elektrischer Energie und Heizwärme noch einmal verdichtet und besitzt den unschlagbaren Vorteil der direkten Nutzung durch den Verbraucher. Es entfällt zum einen der verlustreiche Transport elektrischer Energie über Hunderte von Kilometern mit dazwischen geschalteten Verstärkern und Umspannwerken und zum anderen lässt sich der eingesetzte Brennstoff zweifach nutzen.

Um dies etwas besser zu verdeutlichen, hier ein kleiner Überblick über die Funktionsweise eines Blockheizkraftwerkes, kurz BHKW. Vereinfacht ausgedrückt besteht ein BHKW aus einem Verbrennungsmotor und einem Generator. Über den Verbrennungsmotor wird der Generator zur Stromerzeugung angetrieben. Gleichzeitig entsteht am Verbrennungsmotor Abwärme, die zum Heizen genutzt werden kann. Es wird folglich mit der eingesetzten Primärenergie sowohl Strom wie Wärme erzeugt. Daraus ergibt sich ein sehr hoher Wirkungsgrad der eingesetzten Brennstoffe, der bis zu 90 % betragen kann.

Effizienz in der Kombination

In einer einfachen Rechnung lässt sich der Unterschied zur getrennten Erzeugung aufzeigen. Selbst wenn ein moderner Brennwertkessel einen Wirkungsgrad von 100 % besitzt, kann dieser keine elektrische Energie erzeugen, diese muss über das Leitungsnetz vom Kraftwerksbetreiber bezogen werden. Hier besteht jedoch aufgrund der Leitungsverluste nur ein Wirkungsgrad von etwa 40 %. Im Mittel ergibt sich im besten Fall ein Gesamtwirkungsgrad von 70 %.

Bezogen auf den hohen Sanierungsbedarf bei Bestandsbauten in Deutschland und den darin arbeitenden Heizungsanlagen kann jedoch von einem bundesweit durchschnittlichen Wirkungsgrad der eingesetzten Primärenergie von unter 50 % ausgegangen werden. Zum Wirkungsgrad verschiedener Energieerzeuger hat die Bundesregierung eine Statistik veröffentlicht.

Davon abgesehen kommen weitere Aspekte zum Tragen, die die Bundesregierung veranlasste, die in BHKW erzeugte und in das öffentliche Netz eingespeiste Energie gleichwertig mit Solarstromenergie zu vergüten. Über ein BHKW kann die Umweltbelastung durch CO2-Emissionen im Verhältnis zur getrennten Energie-Erzeugung deutlich reduziert werden, zumal in BHKW verschiedene Brennstoffe eingesetzt werden können wie Gas oder auch Pflanzenöl, wodurch sich weitere Einsparungen ergeben.

Die Brennstoffzelle, die Heizung der Zukunft

Eine besondere Innovation stellt das BHKW dar, wenn es mit einer Brennstoffzelle betrieben wird. Diese in den letzten Jahren vorangetriebene Technologie hat gerade im Bezug auf die Kraft-Wärme-Kopplung inzwischen Marktreife erlangt. Tatsächlich werden in einem Brennstoffzellen-BHKW aber nicht etwa aus Wasser Wasserstoff und Sauerstoff abgespalten, sondern aus Erdgas, das einfach eine höhere Energiedichte besitzt sowie eine einfachere Handhabung erlaubt und deshalb eine bessere Ausbeute ergibt. Im Laufe des Jahres 2016 erfolgt die flächendeckende Zulassung der Brennstoffzellentechnologie für alle Erdgasarten. Aktuell können in Deutschland Brennstoffzellen mit Erdgas-E in Heizungsanlagen betrieben werden.

Geothermie, der Ofen im Inneren

Geothermie in Groß – auch in klein für den normalen Haushalt möglich

Natürlich bietet es sich an, ein BHKW in Kombination mit weiteren Technologien zu betreiben. So besteht gerade für Bauherren die Möglichkeit, die Erdwärme, Geothermie, ihres Grundstücks zu nutzen. Für den Einsatz von Erdwärmepumpen kommen vorrangig drei Techniken zum Einsatz, deren Nutzung von verschiedenen Faktoren abhängig ist. Die Grundstücksgröße und die Beschaffenheit des Untergrundes sind hierbei ausschlaggebend.

Die preisgünstige Variante ist die großflächige Ausbringung eines Rohrregisters, Erdwärmekollektoren, auf dem Grundstück in einer Tiefe von etwa 1,2 bis 1,4 m. In der Bauphase lassen sich diese Erdwärmekollektoren relativ einfach auslegen und sind bei entsprechender Grundstücksgröße praktisch überall einsetzbar. Allerdings schwankt die Energieausbeute aufgrund der Oberflächennähe erheblich.

Mithilfe von Grundwasser-Wärmepumpen wird die im Grundwasser vorhandene Wärmeenergie angezapft. Diese Technologie lässt sich überall einsetzen, wo der Grundwasserspiegel relativ nahe der Oberfläche ist. Zum Einsatz kommen hierbei zwei räumlich versetzte Brunnen. Der technologische Einsatz ist relativ hoch und benötigt zudem einen nicht unerheblichen Wartungsaufwand, bietet aber ähnlich den Erdwärmesonden eine gleich bleibende Energieausbeute.

Beim Einsatz von Erdwärmesonden erfolgt die Nutzung der Erdwärme, die ab einer Tiefe von rund 10 m kaum noch Schwankungen unterliegt und mit zunehmender Tiefe ansteigt. Diese Technik bietet sich auch für den nachträglichen Einbau an Bestandsbauten an, da der Platzbedarf relativ gering ist und die Energieausbeute über das Jahr konstant bleibt. Erdwärmesonden sind aus geologischen Gründen jedoch nicht überall einsetzbar.

Eis ist heiß

Zur Gruppe der geothermischen Anlagen zählen auch die sogenannten Latentwärmespeicher. Darunter befindet sich eine Möglichkeit der Wärmegewinnung, die auf den ersten Blick etwas abstrus wirkt, jedoch bei Kenntnis der physikalischen Vorgänge einleuchtend ist. Es handelt sich um die Eisheizung. Gefrorenes Wasser besitzt eine erheblich größere Energiedichte als Warmwasser. Diese Energie wird beim Phasenwechsel, dem Übergang von Flüssig zu Fest und umgekehrt freigesetzt. Im Prinzip handelt es sich also um einen Wärmespeicher, der durch den Einsatz eines Wärmetauschers die bestehende Heizungsanlage unterstützt, dabei kann das in einem Erdtank befindliche Eis im Sommer auch zur Kühlung des Hauses genutzt werden. Ein solches Eisspeicher-Wärmepumpen-System kann eine Heizkostenersparnis von bis zu 50 % und eine Kühlkostenersparnis von bis zu 99 % erbringen.

Es lohnt sich also immer, über Alternativen zur herkömmlichen Stromversorgung und gängigen Heizmethoden nachzudenken. Sowohl für Haus- und Immobilienbesitzer wie ebenso für Bauherren und natürlich in besonderem Maße für die Umwelt.
Bilder Lizenz: Creative Commons CC0 / Pixabay.com