Kraft-Wärme-Koppelung

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Kraft-Wärme-Kopplung

Die häufigste Kraft-Wärme-Kopplung findet in großem Umfang auf den Straßen statt. Dass dies im Allgemeinen so nicht gesehen wird wissen wir alle. Kraftfahrzeuginnenräume werden in der Regel durch die Abwärme des Motors erwärmt. In der kalten Jahreszeit merkt man dies ganz besonders dann, wenn man erst nach einer gewissen Fahrzeit tatsächlich Wärme zum Heizen des Fahrgastraumes erhält.

Strom und Wärme durch Kraft-Wärme-Koppelung
Strom und Wärme durch Kraft-Wärme-Koppelung

Funktionsweise der Kraft-Wärme-Koppelung

Unter der Kraft-Wärme-Kopplung versteht man klassisch die Umwandlung der bei der Verbrennung freiwerdenden Energie in Bewegungsenergie mit zusätzlicher Nutzung der Abwärme zu Heizzwecken. Dabei nutzt man meist die Bewegungsenergie zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung. Bei Großanlagen werden dabei heiße Abgase und erzeugter Wasserdampf über Turbinen geführt. Auf deren gemeinsamer Achse sitzt dann auch der Generator. Die noch zur Verfügung stehende Abwärme wird Heizungsanlagen zugeführt. Bei Großanlagen werden dabei ganze Stadtteile, Großabnehmer der Industrie oder auch öffentliche Gebäude wie Schulen, Krankenhäuser etc. versorgt.

Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung
Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung bei der Fernwärme-Erzeugung

Seit Jahrzehnten gibt es eine Tendenz hin zur Minimalisierung der Technik. Die Tendenz immer kleiner zu werden, drückt sich auch in der Namensgebung moderner Anlagen aus. Für den normalen Haushalt und die kleinen und mittelständischen Unternehmen wurde unter dem Handelsnamen „Dachs“ eine Kolbenmotortechnik erstmalig in größerem Stil angeboten, der sich im Markt etabliert hat. Mit anfänglichen Leistungen ab ca. 4 kW elektrisch und ca. 20 kW thermisch war diese Anlagentechnik auch bewusst für den Mehrfamilienhausbereich konzipiert.

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Kraft-Wärme-Koppelung bei BHKWs

Blockheizkraftwerk BHKW © Gerd, stock.adobe.com
Blockheizkraftwerk BHKW © Gerd, stock.adobe.com

Unter diesen Mikroanlagen gibt es neue Minivarianten mit 1 kW elektrischer Leistung und 2,5-3 kW thermischer Leistung. Zunächst waren auf dem Markt „Stirling Motoren“ mit einem elektrischen Wirkungsgrad von um die 10% erhältlich. Seit 2011 wird ganz neu im Massenmarkt erneut ein Mini-Kolben-Motor angeboten, der gasbetrieben wieder einen elektrischen Wirkungsgrad über 25% hat.

Funktionsprinzip eines Blockheizkraftwerks
Funktionsprinzip eines Blockheizkraftwerks

Mikroanlagen funktionieren ohne die Erzeugung von Dampf als Antriebskraft auf eine Turbine. Ein Motor gibt dabei seine Wellenleistung direkt auf einen Generator ab. Die Abwärme wird zu Heizzwecken verwendet. Durch die mittlerweile zunehmend besser gedämmten Gebäude wird das Problem der Abwärmenutzung zu Heizzwecken ebenfalls bedeutender.

Kraft-Wärme-Koppelung
Prinzip der Brennwerttechnik Bildquelle: ASUE

Eine Zentrale Trinkwassererwärmung bei Mehrfamilienhäusern kann aber eine ganzjährige Wärmeabnahme garantieren. Bei der Auslegung der Komponenten ist daher auf eine Leistungsbestimmung in Abhängigkeit der gewählten Warmwasser- oder Heizwasserspeichertechnik unabdingbar. Die Komponenten, die für eine geringe Übertragung von Luft- und Körperschall sorgen, sind im übrigen problemlos bestimmbar und müssen daher unbedingt beachtet werden. Werkseitig wird von den Herstellern bereits einiges geliefert.

Kraft-Wärme-Kältetechnik

Ein wirtschaftlicher Betrieb einer Kraft-Wärme-Kopplung zeichnet sich in der Regel durch eine sehr hohe Anzahl von Nutzungsstunden im Jahr aus. Diese werden jedoch nur erreicht, wenn möglichst lange – idealerweise ganzjährig – die Verwendung der Bewegungsenergie und der Abwärme gewährleistet wird. Dies ist bei der Wärme im Sommer sicherlich nicht klassisch der Fall. Die Weiterentwicklung der Technik lautet daher Kraft-Wärme-Kältetechnik. Dabei wird die Abwärme für Absorbermaschinen verwendet, die in den Sommermonaten Kälte erzeugen können.

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