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Kleinkraftwerk im Heizungskeller

Zwar sind Blockheizkraftwerke eines der Energiekonzepte der Zukunft, bisher aber lohnten sie sich nur für größere Gebäude. Ein Feldtest der Badenova erprobte 20 Geräte einer neuen Generation von Mikro-BKHW, die sich besonders für Einfamilienhäuser eignen. Zum Einsatz kamen zwei gasbetriebene Anlagen: Der 10 Lion-Powerblock der Firma OTAg und der stirlingbetriebene Whispergen. Der Vorteil beider Modelle liegt darin, dass sie das Gas extern, außerhalb des Motors, verbrennen und deshalb weniger Schadstoffe ausstoßen als herkömmliche Verbrennungsmotoren. Unter der Hitze weitet sich das Arbeitsgas im Motor aus und treibt Kolben an, deren Bewegung ein Generator wiederum zu elektrischer Energie umwandelt. Für die nötige Kühlung sorgt ein Wasserkreislauf, in dem die Abwärme gleichzeitig Heiz- und Brauchwasser erhitzt. Im Feldtest in 20 Ein- oder Zweifamilienhäuser zeigte sich, inwieweit die Prototypen schon für den Markt geeignet waren.

Lokale Handwerksbetriebe sorgten für fachliche Betreuung während die Hochschule Offenburg das Projekt begleitete und schon im Vorfeld ein spezielles Messkonzept entwickelte. Durch das umfangreiche Monitoring standen bei Projektende 2011 erstmals ausreichend Daten zur Verfügung, um den Einsatz von Mikroblockheizkraftwerken zu analysieren.

Projektdaten

Projektnummer 2008-09
Projektart Bau und Anwendung
Projektträger badenova AG & Co. KG
Laufzeit bis Juni 2010
Zuschuss 147.584

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Optimierung der Verstromung von veränderlichen Schwachgasen im kleinen Leistungsbereich
Gengenbach

Optimierte Verstromung im Holzvergaser-BHKW

Obwohl es Holzvergaser schon seit dem späten 19. Jahrhundert gibt und sie besonders in Kriegszeiten beliebt waren, sind heute nur relativ wenige Modelle im Einsatz. Dabei sind sie gut dafür geeignet, mit nachwachsenden Rohstoffen Strom und Wärme zu produzieren. Unterstützt durch den Innovationsfonds stellte der Geflügelhof Zapf bei Gengenbach 2012 seine Energieversorgung auf drei Holzvergaser-BHKW um, mit dem Ziel, die Verstromung zu optimieren. Unter Hitzeeinwirkung wandelt die Anlage das Holz in ein schwaches Brenngas um, das als Brennstoff für das BHKW dient. Pilotanlagen wie die in Gengenbach helfen, die bestehende Technik zu verbessern und Anlagen marktfähiger zu machen. So stellte sich dort im Laufe der ersten Betriebsjahre heraus, dass die Motorentechnik herkömmlicher Modelle nicht ideal auf den Betrieb mit schwachem Holzgas abgestimmt ist. Das führt zu zwei Problemen: Verunreinigungen im Motor und eine ungleichmäßige Verbrennung. Durch den Spalt zwischen Kolben und Zylinder entweicht ein Teil des Brenngases, verunreinigt das Motorenöl, und führt zu einem hohen Verschleiß und Wartungsbedarf. Im Projekt kamen als Alternativlösung Graphitkolben zum Einsatz, die bisher vor allem im Rennsport eingesetzt wurden, bei Holzgas-BHKWs jedoch noch unerprobt waren. Metallinfiltriertes Graphit ist ein besonders präziser Werkstoff, weil es extrem widerstandsfähig ist und sich unter Wärmeeinfluss kaum ausdehnt. Außerdem verfügen Graphitkolben über selbstschmierende Eigenschaften, die Verschleiß, Wartungsbedarf und Kolbenkühlung verringern. Herkömmliche Motoren für kleinere BHKWs kommen meist aus dem KFZ-Bereich und sind für genormte Brennstoffe mit konstanten Eigenschaften ausgelegt; Holzgas hingegen ist ein Schwachgas mit schwankendem Energiegehalt. Verbrennt man Holzgas in solchen Motoren, verbrennt es unvollständig, was den Wirkungsgrad verringert und die Abgaswerte erhöht. Um den Betrieb zu optimieren, passten die Projektpartner deshalb die Motordrehzahl variabel an die Gasqualität an, indem sie das BHKW von der Netzfrequenz entkoppeln. So kann das Gas je nach Qualität unterschiedlich lange in der Brennkammer verbleiben. Das Projekt entwickelte hierfür eine spezielle Steuerungstechnik, die die Drehzahl trotz schwankender Gasqualität möglichst konstant hält. Die Hochschulen Mittelhessen und Offenburg begleiteten den Betrieb mit einem engmaschigen Monitoring und einer anschließenden Evaluation. Die Ergebnisse tragen dazu bei, den Einsatz von ungenormten Biogasen durch innovative Werkstoffe und Betriebsmethoden effizienter zu machen. Wesentliche Erkenntnisse •Grundlegende Probleme von Graphitkolben konnten erkannt und behoben werden, insbesondere hinsichtlich der zu verbessernden Fertigungstoleranzen und dem Entwicklungsbedarf bei den Kolbenringen. •Das Projekt erzielte eine verbesserte Verbrennung und damit einen verbesserten Wirkungsgrad in der Stromproduktion und verringerte Abgaswerte. Das macht ähnliche Anlagen vor allem an Standorten ohne geeignete Wärmeabnahme interessant. •Das gewonnene Fachwissen kann zukünftig anderen Betreibern helfen, neue Lösungsansätze bei Holzvergaseranlagen zu finden.

Neubau Bürgerhaus Mietersheim
Lahr

Energieeffizientes Bürgerhaus Mietersheim

Als ehemals selbstständiges Dorf hat Mietersheim eine für eingemeindete Ortsteile typische Struktur. Stark befahrene Straßen führen durch den alten Ortskern, in den 1960ern und 70ern kamen neue Wohngegenden hinzu und veränderten den Charakter des alten Bauerndorfes.Mit einem kommunalen Entwicklungsplan harmonisierte die Stadt Lahr nun beide Teile und schaffte einen verkehrsberuhigten Ortskern als neues Zentrum. Teil dieses Plans war der Bau eines neuen, energieeffizienten Bürgerheims. Dafür riß die Stadt zwei alte Gebäude im Ortskern ab und errichtete das Bürgerheim, das sich mit seiner transparenten Fassade in die Architektur des Dorfplatzes einfügt. Großen Wert legte das städtische Bauamt darauf, für den Bau regionale, nachwachsende Rohstoffe zu verwenden. Verschiebbare Wände machen es nun möglich, das neue Gebäude flexibel zu nutzen. Das Konzept senkt zudem – im Vergleich zum Heizen oder Beleuchten eines einzigen, großen Raumes – die Energiekosten. Im Sommer kühlen Erdregister über ein Röhrensystem im Boden die Räume ohne dafür wie herkömmliche Klimaanlagen große Strommengen zu verbrauchen. Pro Jahr spart die Gemeinde damit etwa ein. Mietersheim ist Vorbild für andere Gemeinden, wenn es darum geht mit nachhaltigen aber bereits bewährten Technologien energieeffizient zu bauen ohne die städtischen Finanzen damit stark zu belasten. Um ihr Modell in die Öffentlichkeit zu tragen, veranstaltete die Stadt Lahr deshalb mehrere Veranstaltungen zum Thema ‚Best Practice – Energieeffizienz als Standard.

Modellprojekt Modernisierung der Häuser Rislerstraße, Niedrigenergiehaus im Bestand
Freiburg

Freiburger Wohnblocks Modell für Sanierung

Wohngebäude auf den neuesten energietechnischen Stand zu bringen spart Städten und Gemeinden langfristig Kosten und Energie. Die Freiburger Stadtbau GmbH nahm deshalb an einer Studie teil. Sie untersucht bundesweit Modellprojekte, die Gebäude zu Passivhäusern sanierten. Im Freiburger Fall waren dies zwei 1961 errichtete Wohngebäude mit je 18 bzw. 24 Wohnungen. Die Bewohner heizten bisher konventionell mit Gas, Öl, Kohle oder Holz und bezogen ihr Warmwasser über Durchlauferhitzer. Nun sind die Häuser an eine Zentralheizungsanlage angeschlossen, das Warmwasser kommt, unterstützt von einer Solaranlage, ebenfalls aus einer Zentrale. Um zu verhindern, dass die Gebäude ihre Heizwärme nach außen abgeben, erhielten Fassaden, Dachböden und die Kellerdecken eine isolierende Dämmschicht. Passivhausfenster reduzieren den Wärmeverlust noch zusätzlich. Ein Haus erreichte so den Bundesstandard KfW40, das andere KfW60. Vergrößerte Balkone, eine Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung im einen, sowie eine kontrollierte Wohnungslüftung im anderen Haus bieten den Bewohnern mehr Komfort. In der zweijährigen Messphase stellte die deutsche Energieagentur, welche die Maßnahmen begleitete, fest, dass die Häuser 80 Prozent der ursprünglichen Heizenergie einsparen. Unterstützt durch eine umfangreiche Öffentlichkeitsarbeit ist das Projekt Vorbild für ähnliche Vorhaben. Alleine die Freiburger Stadtbau GmbH verfügt über tausende ähnliche Gebäude.