Bei der technischen Einbindung einer Mini-KWK-Anlage gelten grundsätzlich die gleichen Regeln wie bei anderen Wärmeerzeugern auch: alle Leitungen und Rohre müssen für die jeweilige Modulgröße ausreichend groß dimensioniert sein. Dies gilt für die Brennstoffversorgung (Erdgas-/Heizölleitung), die hydraulische Einbindung (Vor- und Rücklauf der Heizungsrohre), die Abgasleitung und bei Mini-KWK-Anlagen auch für den elektrotechnischen Anschluss (Stromleitung und Lasttrenner).
Hydraulische Optimierung als Voraussetzung eines Mini-BHKW-Einsatzes
Mini-KWK-Anlagen werden durch das Heizungswasser gekühlt. Ist die Temperatur im Heizungs-Rücklauf zu hoch, schaltet sich das KWK-Modul ab. Daher sollte die Temperatur des Heizwasser-Rücklaufs niemals über 65-70°C liegen. Wie bei jeder Neuinstallation eines Wärmeerzeugers (Heizkessel, Solarthermie, Wärmepumpe) empfiehlt es sich auch bei Mini-BHKW, eine hydraulische Optimierung des Heizungssystems durchzuführen. Dabei werden Überströmungen geschlossen und mittels hydraulischem Abgleich im gesamten Heizungssystem ein identischer Gegendruck und somit gleiche Volumenströme realisiert.
Abbildung 1: Hydraulischer Abgleich (Quelle: Verbraucherzentrale NRW, erstellt im Rahmen des Projektes „ Klimaschutz und Energiewende konkret“)
Zu einer hydraulischen Optimierung gehört auch der Austausch von nicht-regelbaren Heizungspumpen durch sich automatisch regelnde Hocheffizienzpumpen. Hierdurch werden auch erhebliche Mengen an Pumpstrom gespart. Ein solcher Pumpenaustausch samt hydraulischer Optimierung kann übrigens finanziell gefördert werden.
Unter bestimmten Bedingungen stellen der hydraulische Abgleich sowie der Einsatz von Hocheffizienzpumpen Förderbedingungen dar, die für den Erhalt einer Investitionsförderung nach dem Mini-KWK-Impulsprogramm notwendig sind. Dies gilt insbesondere für den Wärme-Effizienz-Bonus der Mini-KWK-Richtlinie.
Heizwasserqualität beim Einsatz von Mini-Blockheizkraftwerken
Enthält das Heizwasser Schwebstoffe wie z. B. Rostpartikel oder Luftblasen, kann dies zu Funktionsstörungen bei Pumpen und Ventilen führen. Wird kalkhaltiges Wasser verwendet, kommt es zu Anlagerung von Kalk an den heißen Stellen der Wärmetauscher oder dem Heizkessel. Dadurch wird nicht nur die Wärmeübertragung deutlich schlechter, sondern es kann auch zur Zerstörung der Wärmetauscher oder des Heizkessels durch Mikrorisse, die aufgrund von Materialspannungen entstehen, kommen.
Daher gilt für Mini-KWK-Anlagen das Gleiche wie bei der Installation von Heizkesseln: Um Schäden zu vermeiden, sind die technischen Vorgaben der VDI-Richtlinie 2035 und der Hersteller in Bezug auf die Heizwasser-Qualität (pH-Wert, Härtegrad, etc.) zwingend einzuhalten.
Neben der Einhaltung der Heizwasserqualität hat sich in Bestandsgebäuden der Einbau von Schlammabscheidern bewährt, um einer Verschmutzung der Wärmetauscher vorzubeugen. Schlammabscheider sind immer in Verbindung mit einem Sieb einzubauen und müssen regelmäßig entschlammt werden.
Pufferspeicher optimiert Mini-BHKW-Betrieb
Der wichtigste Grund für einen Pufferspeicher-Einsatz besteht in der Verhinderung einer taktenden Betriebsweise der KWK-Anlage. Durch die kurzfristige Zwischenspeicherung der nicht nutzbaren Wärmemengen kann das ständige An- und Ausschalten der Mini-KWK-Anlage verhindert werden. Der Einsatz eines Pufferspeichers kann auch zu geringfügig längeren BHKW-Laufzeiten führen.
Grundsätzlich ermöglicht ein Pufferspeicher eine zeitliche Entkopplung der Stromproduktion vom Wärmebedarf. Letzteres stellt gerade hinsichtlich eines Ausgleichs fluktuierender erneuerbarer Energien wie Windkraft und Photovoltaik durch KWK-Anlagen eine wichtige Option. Aber auch bei der Optimierung hinsichtlich einer hohen Eigenstromnutzung spielt der Pufferspeicher eine entscheidende Rolle. Der Einbau eines Pufferspeichers kann nach dem KWK-Gesetz finanziell gefördert werden, wenn bestimmte Bedingungen wie z. B. eine hochwertige Dämmung erfüllt werden.
Mit Einbau eines Pufferspeichers erhöht sich das Wasservolumen des Heizungssystems meist deutlich. Daher sollte in einem solchen Fall durch einen Fachmann oder einen Fachhandwerker überprüft werden, ob die Dimensionierung der Druckhaltung (Membranausdehnungsgefäße) noch ausreicht. Auch die Anforderungen an die Heizwasserqualität steigen bei Einbau einer Mini-KWK-Anlage mit Pufferspeicher gegenüber einem reinen Heizkesselbetrieb meistens an.
Brennwertwärmetauscher lassen den Wirkungsgrad von Mini-BHKW ansteigen
Vielen dürften Brennwert-Heizkessel bekannt sein. Brennwert-Heizkessel sind so konstruiert, dass bei tiefen Rücklauftemperaturen im Heizungssystem der im Abgas enthaltene Wasserdampf kondensiert. Bei der Kondensation, also dem Übergang des dampfförmigen Wassers in die flüssige Phase, wird zusätzliche Wärmeenergie frei, die für Heizzwecke zur Verfügung steht. Dadurch steigt die Effizienz solcher Heizkessel deutlich an.
Auch Mini-KWK-Anlagen können durch den Einbau eines zusätzlichen Brennwert-Wärmetauschers ihre Effizienz steigern. Durch diesen zweiten Wärmetauscher im Abgasstrom wird ohne zusätzlichen Brennstoffeinsatz insbesondere bei tiefen Rücklauftemperaturen eine zusätzliche Wärmeleistung zur Verfügung gestellt.
Einige Mini-KWK-Hersteller bauen bereits serienmäßig Brennwert-Wärmetauscher in ihren Kompaktmodulen ein. Bei vielen Mini-KWK-Anbietern muss ein zusätzlicher Wärmetauscher in der Abgasanlage eingebaut werden. Der Einbau eines Brennwert-Wärmetauschers lohnt sich insbesondere dann, wenn das Heizungssystem hydraulisch optimiert wurde und tiefe Rücklauftemperaturen eine Wasserdampf-Kondensation im Wärmetauscher ermöglichen.
Guter Schallschutz lässt ein Mini-BHKW leise arbeiten
Ein besonderes Augenmerk ist auf einen möglichst optimalen Schallschutz zu richten. Dies gilt umso mehr, da auch Mini-KWK-Anlagen den gesetzlichen Vorgaben des Lärmschutzes genügen müssen.
Im Mini-KWK-Leistungsbereich werden die Anlagenteile in einer Schalldämmkapsel eingehaust, um störende Geräuschemissionen zu vermeiden. Die daraus entstehenden gekapselten KWK-Module bezeichnet man auch als „Kompaktmodule“. Wird der Schallschutz einer Mini-KWK-Anlage gut ausgeführt, sind KWK-Anlagen teilweise leiser als der Brenner des bestehenden Heizungskessels.
Diskussionsforum zu Mikro- und Mini-KWK
Seit Anfang Juni 2020 existiert ein moderiertes Diskussionsforum über KWK- und Energiewende-Themen.
Fragen und Diskussionsbeiträge zu Mikro- und Mini-KWK-Technologien können in der Rubrik „Technologien, Auslegung und Wirtschaftlichkeit“ veröffentlicht werden. Außerdem stehen die Rubriken „Technische Einbindung von KWK-Anlagen“ sowie „Fragen zum KWK-Einsatz in unterschiedlichen Versorgungsobjekten“ zur Verfügung.
Markus Gailfuß, BHKW-Infozentrum Rastatt
Stand: 08.04.2020
