Energieberatung

Energiesysteme

Biomassewärmeerzeuger

Holz, Hackschnitzel, Pellets und andere nachwachsende Energieträger

Die Verbrennung von nachwachsenden Energieträgern bietet neben einem verkürzten CO2-Kreislauf auch wirtschaftlich interessante Ansätze.
Im Durchschnitt kostet eine aus Biomasse erzeugte Kilowattstunde Wärmeenergie zwischen 2 und 4 Cent*, womit ein Preisvorteil von bis zu 50 %* im Vergleich zu herkömmlichen Energieträgern möglich ist. Neben den herkömmlichen Energieträgern Stückholz, Pellets und Hackschnitzel eröffnet der Einsatz von schnell wachsenden Gräsern (Miscanthus) als Energieträger neue Möglichkeiten in der Entwicklung regional beschränkter Energieerzeugungsstrukturen.
*Bitte die aktuelle Preissituation beachten!

Flexibilität in der Energiebeschaffung

Den höheren Investitionskosten bei der Installation einer Biomassefeuerstätte stehen neben dem Preisvorteil für den Brennstoff auch die Verbesserung der Flexibilität gegenüber. Die größere Anzahl der Lieferanten schafft ein erhöhtes Maß an Entscheidungsfreiheit bei Fragen der Energieträgerbeschaffung:
  • Wann kaufe ich meinen Brennstoff?
  • Von wem kaufe ich meinen Brennstoff?
  • Wie viel Brennstoff kaufe ich?
Der Einsatz von Multibiomassefeuerstätte erhöht diese Flexibilität, da es möglich ist, sie mit verschiedenen Brennstoffarten, wie beispielsweise Hackschnitzel, Pellet oder Stückholz, zu betreiben.

Einbauen, Anschalten, Fertig

Aufgrund der Inhomogenität des Brennstoffes kann es trotz modernster Verbrennungstechnik zu einem höheren Wartungsaufwand der Anlage kommen. Der Einsatz automatischer Ascheaustrageeinrichtungen und über Lambda-Sonden gesteuerte Verbrennungsprozesse schaffen zwar Abhilfe, ersetzen aber nicht eine regelmäßige Wartung.

Brennwertnutzung in Öl- und Gasfeuerstätten

Die Energieträger Erdgas und Heizöl haben eine lange Tradition für die Beheizung von Gebäuden. Der Wirkungsgrad der Wärmeerzeuger hat sich dabei über den technischen Fortschritt ständig weiterentwickelt. Aktueller Stand ist der Einsatz der Brennwerttechnik, die den oberen Heizwert des Brennstoffes nutzbar macht.

Brennwert - der Wirkungsgrad jenseits der 100 Prozent

Da der Wirkungsgrad von Feuerstätten technisch das Verhältnis zwischen eingesetzter Energie zu nutzbarer Energie in Bezug auf den unteren Heizwert des Brennstoffes darstellt und Brennwertfeuerstätten zusätzlich die latente Wärme (Verdampfungswärme) das Abgases nutzen, kommt es bei der Addition der nutzbaren Wärmemengen dazu, dass rechnerisch die magische 100 Prozent Marke überschritten wird.

Hintergründe der Brennwertnutzung

Wenn Stoffe ihren Aggregatzustand (fest/flüssig ; flüssig/gasförmig) wechseln, muss ihnen dafür Energie zugeführt werden. Das Beispiel Wasser zeigt, dass diese Energiemenge für die Erzeugung nutzbarer Wärmemengen einen nicht zu unterschätzenden Faktor darstellt. Um einem Liter Wasser zu verdampfen, muss ungefähr die gleiche Energiemenge bereitgestellt werden, die man vorher benötigt hat, um den gleichen Liter Wasser von 20 °C auf 100 °C zu erwärmen. Wenn der Wasserdampf durch Kondensation wieder verflüssigt wird, wird genau diese Wärmemenge wieder frei gesetzt und kann beispielsweise für die Beheizung von Gebäuden genutzt werden.
Da Erdgas und Heizöl als Kohlenwasserstoffe zu Wasserdampf und Kohlendioxid verbrennen, steht im Abgas von Gas- und Ölfeuerstättem sehr viel Wasserdampf zur Verfügung, der durch konstruktiv bedingte Absenkung der Abgastemperatur in Brennwertfeuerstätten in den flüssigen Zustand kondensiert werden kann. Die dabei freiwerdende Wärmemenge, wird zusätzlich an das Heizsystem abgeben und verbessert den Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers.

Das richtige System für die richtige Anlagentechnik

Der Brennwert des Heizgases kann durch zwei unterschiedliche Techniken nutzbar gemacht werden. Entweder wird die Rücklauftemperatur des Heizsystems oder die Temperatur der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft vorgewärmt. Der Unterschied ist, dass verbrennungsluftvorwärmende Brennwertfeuerstätten auch an Heizsysteme mit Systemtemperaturen von 70 °C Vorlauf und 50 °C Rücklauf angeschlossen werden können, ohne Wirkungsgradverluste hinnehmen zu müssen.
Achten Sie deshalb bei der Auswahl der Feuerstätte darauf, welches Wärmeübertragungssystem bei Ihnen installiert ist oder passen Sie das Wärmeübertragungssystem an die Feuerstätte an.

Tipps zur Steigerung des Nutzungsgrades brennwertgestützter Heizsysteme

  • Achten Sie auf niedrige Rücklauftemperaturen, wenn Sie eine rücklauftemperaturanhebende Brennwertfeuerstätte einsetzen wollen.
  • Bei größeren Wärmeübertragungsflächen (Heizkörper) kann die Vorlauftemperatur niedriger eingestellt werden.
  • Im Brauchwasserbetrieb kommt es aufgrund der funktionsbedingten hohen Systemtemperaturen nicht zu einer Nutzung der latenten Wärmemengen des Abgases. Achten Sie auf den nutzeroptimierten Brauchwasserbetrieb Ihrer Feuerstätte.
  • Die regelmäßige Wartung durch den Fachmann steigert die Anlagennutzungsdauer und hält den Wirkungsgrad konstant.

Kraft-Wärme-Kopplung

Eine Möglichkeit neben der Sicherstellung der Wärmeversorgung in Gebäuden und Prozessen auch Strom zu produzieren, stellt die Nutzung von Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien oder der Einsatz von Blockheizkraftwerken (BHKW) dar.
Ein durch einen Verbrennungsmotor oder eine Gasturbinde angetriebener Generator erzeugt Strom. Die dabei entstehende Abwärme kann zur Beheizung, Brauchwassererwärmung oder Prozesswärmeerzeugung genutzt werden.

Wirkungsgrad

Der Gesamtwirkungsgrad einer Kraftwärmekopplungs-Anlage setzt sich zusammen aus dem Anteil erzeugter elektrischer Energie und dem Anteil der genutzten Abwärme zur Wärmeversorgung. Der reine elektrische Wirkungsgrad bewegt sich je nach Anlagentechnik im Bereich des Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren. Neben dem Anlagenwirkungsgrad sollte die Bewertung der Wirtschaftlichkeit während der Planungsphase nicht zu kurz kommen.

Wirtschaftlichkeit

Um die Wirtschaftlichkeit einer KWK-Anlage zu gewährleisten ist es wichtig, eine möglichst hohe Anzahl von Betriebsstunden des Generators pro Jahr zu erreichen, wobei die maximale Betriebsstundenzahl bei 8760 Stunden pro Jahr liegt.
Dies kann am besten erreicht werden, wenn über das gesamte Jahr ein kontinuierlicher Wärmebedarf zur Nutzung der erzeugten Abwärme besteht. Im Sommer fehlender Wärmebedarf zur Gebäudebeheizung kann in Unternehmen zum Beispiel durch die Bereitstellung von Prozesswärme oder durch Nutzung der Abwärme zum Betrieb von Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen, die das Gebäude kühlen, kompensiert werden.
Stirling - Motor: Eine Wärme - Kraft - Maschine
Eine Besonderheit unter den dezentralen Stromerzeugungsmaschinen stellt der Stirling - Motor dar. Während herkömmliche Blockheizkraftwerke eine hohen prozentualen Anteil an Abwärme produzieren, nutzt der Stirling-Motor zur Verfügung gestellte Abwärme zur Stromproduktion.
Es besteht so die Möglichkeit, die Leistung eines Wärmeerzeugers auf den Wärmebedarf des Gebäudes anzupassen und ganz nebenbei Strom zu erzeugen. Der Nachteil der geringeren elektrischen Leistungsfähigkeit wird durch die flexiblen Einsatzmöglichkeiten des Stirlingmotors kompensiert.
Derzeit befindet sich der Einsatz der Technik des Stirling Motors in der Praxis im abschließenden Entwicklungsstadium.

Photovoltaik - Strom aus Sonnenlicht

Wir funktioniert eine Solarzelle?

Solarzellen bestehen aus Halbleitermaterialen, die mit verschiedenen Stoffen behandelt wurden. Durch Einfall von Sonnenlicht in eine Solarzelle werden Ladungsträger freigesetzt, die bei Anschluss eines Stromverbrauchers einen Stromfluss erzeugen.

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Photovoltaikanlagen bestehen aus vielen Solarzellen, die miteinander zu Pannels verbunden sind. Je nach Anwendungsart kann durch Reihenschaltung der einzelnen Module eine höhere Stromspannung oder durch parallele Schaltung eine höhere Stromstärke erzeugt werden.
Der entstehende Gleichstrom wird über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist.
Die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage wird stark durch die Höhe der im Erneuerbare-Energien-Gesetz festgelegten Einspeisevergütung beeinflusst.
Weitere Faktoren, die die Wirtschaftlichkeit beeinflussen, sollten im Vorfeld während der Planung einer Photovoltaikanlage berücksichtigt werden:
Bauliche Faktoren, die den Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage beeinflussen:
  • Nach welcher Seite ist die Installationsfläche ausgerichtet?
  • Wie groß ist die Fläche?
  • Ist die Installationsfläche verschattungsfrei?
  • Welche Neigung hat die Installationsfläche?
Weitere Faktoren, die die Installationskosten beeinflussen:
  • Ist die Installationsfläche frei zugänglich?
  • Gibt es genügend Platz bei kurzen Leitungswegen für die Installation des Wechselrichters und des Solarstromzählers?
  • Sind für die Erdung der Anlage kurze Leitungswege zur Potentialausgleichsschiene vorhanden möglich?
  • Wird der Einbau der Halterungen für die Solarpanele durch örtliche Gegebenheiten beeinflusst?
Quelle: Deutscher Wetterdienst

Solarthermie - Mit der Sonne heizen

Warum Solarthermie?

Solarthermieanlagen werden eingesetzt, um aus einfallendem Sonnenlicht und von umliegenden Flächen reflektierten diffusen Licht Wärme zu erzeugen. Die dabei erzeugte Wärme kann je nach Anforderungen im Einzelfall zur Beheizung von Gebäuden, zur Bereitstellung von Prozesswärme oder zur Brauchwassererwärmung genutzt werden.

Wie funktioniert eine Solarthermieanlage?

Bei der Absorption des in den Kollektor einfallenden Sonnenlichts durch ein dunkel beschichtetes Blech (Absorber) entsteht Wärme, die auf das Wärmeträgermedium übertragen wird. Als Wärmeträgermedium eignet sich sowohl ein Gemisch aus (umweltfreundlichem) Frostschutzmittel und Wasser, sowie Wasser allein.
Reine wasserführende Solaranlagen müssen aufgrund der Gefahr des Einfrierens mit speziellen Schaltungen zum Zwangsumlauf ausgestattet werden. Dieser Nachteil wird durch die höhere Wärmekapazität des Wassers und die Möglichkeit der berührungsfreien Wärmeübertragung im Wärmespeicher ausgeglichen.

Was ist der Unterschied zwischen Röhren- und Flachkollektoren?

Bei Röhrenkollektoren ist der Absorber in evakuierten Glasröhren eingebaut, wodurch die Temperaturverluste an die Umgebung fast vollständig reduziert werden (Prinzip der Thermoskanne). Röhrenkollektoren erreichen höhere Systemtemperaturen und nutzen zur Wärmeerzeugung auch diffuse Lichteinstrahlung. Trotz der höheren Leistungsfähigkeit von ca. 20 % besitzen Röhrenkollektoren aufgrund ihres höheren Anschaffungspreises im Verhältnis zu Flächekollektoren ein etwas schlechteres Preis-Leistungs-Verhältnis. Sollte die Größe der Instalationsfläche jedoch beschränkt sein, bietet sich aufgrund der höheren Leistung pro Quadratmeter Kollektorfläche die Überlegung an, statt günstigerer Flachkollektoren Röhrenkollektoren zu installieren.
Zusammengefasst sollte vor der Kaufentscheidung eine Bewertung des Gebäudes oder des mit Wärme zu versorgenden Prozesses stehen, um die unterschiedlichen Vor- und Nachteile der einzelnen Kollektorarten individuell für das zu realisierende Projekt zu bewerten.

Wärmepumpen

Der Begriff "Wärmepumpe" leitet sich aus der Tatsache ab, dass Wärmeenergie aus einer Wärmequelle auf ein höheres den Anforderungen entsprechendes Temperaturniveau angehoben (gepumpt) wird.
Ein Kältemittel, das in einem Kreislauf zirkuliert, transportiert, angeregt durch abwechselnde Verdichtung und Entspannung, Wärmeenergie von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke. Angetrieben durch einen elektrischen betriebenen Kompressor kennt jeder diesen Vorgang in umgekehrter Weise vom Kühlschrank.
Wärmepumpen lassen sich ideal mit Photovoltaikanlagen kombinieren.

Die Wärmequellen

Als Wärmequellen können für die Beheizung von Gebäuden die Umgebungsluft, oberflächennahe Erdbereiche oder geothermische Wärmequellen verwendet werden.
Je nach angewendeten System schwanken die anzusetzenden Investitionskosten zwischen einigen tausend und einigen zehntausend Euro.

Der Wirkungsgrad

Der Indikator für den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe wird durch die Jahrearbeitszahl dargestellt. Sie beschreibt das Verhältnis zwischen nutzbargemachter Wärmeenergie und eingesetzter Energie.
Eine Jahresarbeitszahl von vier bedeutet, dass eine Kilowattstunde Energie aufgewendet werden muss, um vier Kilowattstunden nutzbare Wärme zu erzeugen.
Bezogen auf die Verbrauchskosten, bedeutet dieser Zusammenhang, das die Kilowattstunde Wärmeenergie bei einem Strompreis von 30 Cent/Kilowattstunde 7,5 Cent kostet. Daraus ergibt sich, dass es notwendig ist, über das Jahr gesehen, so hohe Jahresarbeitszahlen wie möglich zu erreichen.
Viele Versorger bieten einen Sondertarif für Elektro-Wärmepumpen an!

Tipps zur Verbesserung der Jahresarbeitszahl

  • Niedrige Systemtemperaturen im Wärmeverteilungssystem bedingen bessere Jahresarbeitszahlen.
  • Der Trinkwarmwasserbedarf sollte an das Nutzerprofil angepasst sein.
  • Eine fachgerechte Inbetriebnahme und ein angepasster Wartungsintervall begünstigen einen wirtschaftlichen Betrieb.

Nutzungsmöglichkeiten von Erdwärme ohne Wärmepumpe

Bei Gebäuden, die über kontrollierte raumlufttechnische Anlagen verfügen, kann es sich lohnen, über den Einsatz einer natürlichen Kühlung und Heizung nachzudenken.
Die Ansaugung der Frischluft durch in der Erde verlegte Kanäle kühlt die Luft im Sommer vor und spart Energie im Bereich der maschinellen Kühlung. Im Winter kehrt sich der Prozess um, sodass die Frischluft in der Erde vorhandene Wärmeenergie aufnimmt und nicht mehr ganz so stark aufgeheizt werden muss.