Zur Realisierung einer weitestgehenden Nutzung der in Erdgas enthaltenen Energie bieten kompakte Mini-BHKW einen zukunftsweisenden Lösungsansatz. Durch die Kombination von Stromerzeugung und Wärmenutzung erreichen sie einen Normnutzungsgrad von mehr als 90 %. Dies nutzte auch die Dresdener „DS Baumanagement GmbH & Co. KG“. Seit der Totalsanierung des früheren FDGB-Ferienheimes in Zempin auf Usedom zum Apartmenthaus mit Wellness-Ambiente „Villa Südwind“, decken dort zwei Mini-Blockheizkraftwerke fast den gesamten Bedarf an elektrischer Energie und knapp die Hälfte des Wärmebedarfs. Die Spitzenlast wird über einen Gas-Brennwertkessel mit 240 kW Leistung abgedeckt.
Nachdem das ehemalige Erholungsheim über ein Jahrzehnt durch Fehlplanung dem schonungslosen Verfall ausgesetzt und die Bausubstanz dadurch schon angegriffen war, kam für die neuen Eigentümer nur eine Komplettsanierung infrage. Dafür wurde das aus standardisierten, industriell vorgefertigten Betonelementen errichtete Ferienheim zunächst komplett entkernt und beispielhaft durch eine vorgesetzte Ytong-Fassade ergänzt. In Kombination mit der Aufstockung um zwei Geschosse sowie der Außenisolierung der Kellerwände, erreicht die Gebäudehülle jetzt Niedrigenergiehausniveau.
Um den Kauf der als Eigentumswohnungen angebotenen Appartements mit einem langfristig profitablen Nutzungskonzept attraktiv zu machen, investierte DS Baumanagement in die Haustechnikanlage, mit der nach einer verhältnismäßig kurzen Amortisationszeit sowohl die Betriebskosten gesenkt wie auch zusätzliche Einnahmen aus dem Verkauf von Strom erzielt werden können.
Rahmenbedingungen der TGA
Die aufwendige und kostenträchtige Sanierung des Gebäudes eröffnete zudem den Weg für eine Technische Gebäudeausrüstung, die den gehobenen Ansprüchen des in „neuem Glanze“ erstrahlenden Objektes gerecht wird. Im Fokus der Betrachtung stand dabei die Wärme- und Warmwasserversorgung. Denn durch den hohen Komfortstandard entfallen bis zu 78 % der Betriebskosten des Zempiner Apartmenthauses auf den Endenergieverbrauch.
Mit neuer Fassade und Fußbodenheizung in allen 48 Eigentumswohnungen (56 bis 110 m2) ergab die Heizlastberechnung für die knapp 2950 m2 Wohn- und Nutzfläche einen Bedarf von rund 256 MWh/a für die Raumheizung einschließlich des beheizten Swimmingpools im Untergeschoss der attraktiven Anlage. Für die Trinkwassererwärmung wurde ein Bedarf von knapp 77 MWh/a berechnet.
Maßgeblichen Einfluss auf die Anlagenkonfiguration hatte dabei das jeder Wohnung eigene, spezifische Nutzerverhalten. In diesem Falle werden nämlich nur drei der Eigentumswohnungen als Dauerwohnsitz genutzt, alle anderen sind Kapitalanlage und tage-, wochen- oder monatsweise an Feriengäste vermietet. Im Gegensatz zum Anforderungsprofil in einem gewöhnlichen Mehrfamilienhaus musste hier also sowohl von wesentlich stärker ausgeprägten Entnahmespitzen während extrem kurzer Zeiträume im Laufe eines Tages als auch von saisonal erheblich schwankenden Belastungen ausgegangen werden.
Voraussetzungen, die mit dem Einsatz einer konventionellen Heizungsanlage nur kompromissbehaftet hätten abgedeckt werden können. Ein „nach Mittelwert plus Sicherheitszuschlag von 15 %“ ausgelegter Heizkessel bzw. eine Reihenschaltung mehrerer kleiner Geräte wären beispielsweise, unabhängig von den spezifischen Kennwerten und der Modulationsbreite, über lange Zeiträume hinweg entweder überdimensioniert oder, bei geringerer Maximalleistung, überfordert gewesen.
Angesichts dieser Rahmenbedingungen entwickelten Kersten Timm, Abteilungsleiter Heizung/Sanitär der bauausführenden Elektro-Sanitär GmbH, Dresden, und Fachberater Robby Dabow, vom Vaillant-Tochterunternehmen PowerPlus Technologies, im Auftrag von DS Baumanagement ein Heiztechnikkonzept, das für Objekte dieser Größenordnung und Ausstattung unter betriebstechnischen, ökonomischen und ökologischen Aspekten Vorbildcharakter hat. Zwei in Kaskade geschaltete Mini-Blockheizkraftwerke decken mit zusammen 25,0 kW thermischer und 9,4 kW elektrischer Leistung 47 % des Wärme- und 90 % des anfallenden Strombedarfs in der Wohnanlage in Zempin ab.
Heizen mit Kraft-Wärme-Koppelung
Das in den Technikräumen der Villa Südwind umgesetzte Energiekonzept eignet sich schon deshalb besonders gut, weil die beim Betrieb der BHKW anfallende überschüssige Wärme unter anderem auch für die Beheizung des allen Bewohnern ganzjährig zur freien Verfügung stehenden Schwimmbades genutzt wird. Aktuell nicht benötigte Wärmeenergie nimmt ein 1500-l-Multifunktionsspeicher auf. Zusätzlich bietet das ecopower Mini-BHKW eine große Modulationsbreite, die einen Einsatz in unterschiedlichen Anwendungsbereichen ebenso sinnvoll und Kosten sparend macht, wie bei dem hier vorgestellten Objekt mit Kaskaden-Lösung.
Da die erdgasbetriebenen Kleinkraftwerke kaum größer als herkömmliche Heizkessel sind und mit allen technischen Bauteilen anschlussfertig geliefert werden, ließen sie sich problemlos im Technikraum des Gebäudes installieren. Heizungsseitig wie eine klassische Kesselstation eingebunden, speisen sie im Untergeschoss der Wohnanlage mit ihrer Abwärme den Multifunktionsspeicher. Von hier aus werden – entkoppelt über eine hydraulische Weiche, an die auch der Brennwertkessel angebunden ist – die Heizkreise über den Verteiler mit Wärme versorgt. Über vier Heizkreisen werden dabei die Wohnungsverteiler für die Fußbodenheizung in den Apartments bedient. Ein vorgeschalteter Kreislauf versorgt den Wärmeübertrager, mit dem das Schwimmbadwasser erwärmt wird. Ein weiterer Abgang speist den Trinkwassererwärmer (750 l).
Eine besondere Lösung wurde für die Führung der Frischwasserzuspeisung realisiert. Durch eine Edelstahlrohrschlange durchläuft das Trinkwasser zunächst den Multifunktionsspeicher, bevor es vorgewärmt in den Trinkwassererwärmer gelangt. Fällt darüber hinaus, beispielsweise an sehr kalten Wintertagen, zusätzlicher Heizwärmebedarf an, schaltet sich zur Abdeckung des Wärmebedarfs bei Spitzenlastzeiten automatisch ein Gas-Brennwertheizkessel zu.
Fernüberwachte Modulationsbreite
Um die gewonnenen Vorteile nicht durch unnötige Betriebszeiten der „Notheizung“ wieder zu schmälern, erfährt die Steuerung des nur bei Bedarf zugeschalteten ecoCRAFT Gas-Brennwertheizkessels über die BUS-Anbindung mit dem Anlagenmanagement, zu welchem Zeitpunkt es seinen Betrieb aufzunehmen und die Wärmeversorgung zu unterstützen hat. Die stufenlose Modulation des Kessels, der über sechs zuschaltbare Brennelemente verfügt, gewährleistet mit einer Modulationsbreite von 5 bis 100 % (12 bis 240 kW), eine am Bedarf ausgerichtete Betriebsweise mit optimaler Brennstoffausnutzung.
Grundsätzlich werden in Abhängigkeit der Betriebsstunden und unter Berücksichtigung einer gleichmäßigen Leistungsverteilung im Gas-Brennwertkessel jeweils vorrangig die Module mit den geringsten Laufzeiten gestartet. So werden eine einseitige Belastung und übermäßiger Verschleiß einzelner Komponenten wirkungsvoll vermieden. Sollte ein Modul dennoch einmal ausfallen, regelt das interne Kesselmanagement die Wärmeversorgung über die anderen Module automatisch weiter, der „Ausfall“ bleibt also für den Anlagenbetrieb folgenlos.
Zusätzlich leistet aber noch ein weiteres, implementiertes Qualitätsmanagementsystem in der Usedomer Heizzentrale unbemerkt seinen Dienst: 24 Stunden am Tag werden die exakten Bedarfswerte für Heizwärme, Warmwasser und Elektrizität per Ferndatenübermittlung in Diagrammform festgehalten und detailliert ausgewertet, um darauf aufbauend die BHKW-Anlage genau einzuregulieren und Effizienz reduzierende Spitzenlasten abzufedern. Das ist allerdings nach den Erfahrungen der ersten Betriebsmonate nur äußerst selten notwendig, weil die lastabhängig gefahrenen Mini-BHKW generell Vorrang haben.
Sollte sich das Nutzerverhalten dennoch einmal ändern, kann die Anlagenkonfiguration schnell angepasst werden: Dank IT-Technik werden die wesentlichen Kennzahlen der Anlage digital an die Serviceabteilung des BHKW-Herstellers in Gera weitergeleitet. Selbst bei geringfügigen Abweichungen von den Sollwerten kann dann aus der Ferne in die Steuerung eingegriffen und zum Beispiel die Vorrangschaltung der Speicher, das Leistungsverhalten der beiden BHKW und des Gas-Brennwertheizkessels untereinander angepasst oder auch die Heizkurve modifiziert werden.
Reicht diese Fernparametrierung nicht aus, gibt es darüber hinaus in wenigen Kilometern Entfernung einen qualifizierten und mit der Anlage vertrauten Vertragspartner, der bei einer eventuellen Störmeldung unverzüglich ausrückt, um beispielsweise ein defektes Bauteil auszutauschen. „Die Fernüberwachung“, weiß Timm aus Erfahrung, „gibt damit dem Investor und letztlich auch allen Wohnungseigentümern die beruhigende Gewissheit, dass die bei aller Überschaubarkeit doch komplexe Technik genau so betriebssicher und zuverlässig funktioniert wie jede andere, bei weitem aber nicht so wirtschaftliche herkömmliche Heizungsanlage auch.“
Einmal investieren, lange sparen
Im Gegensatz zu konventioneller Energieversorgung, bei der sich der Anlagenbetreiber nur als Bezieher von Energieressourcen versteht, erzeugen die beiden Minikraftwerke Stromüberschüsse, die in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Dabei bestimmt der Jahresverlauf des Wärmebedarfs die Betriebsstundenzahl der Mini-Blockheizkraftwerke. Je höher diese ist, desto schneller amortisieren sich die Mehrinvestitionen, die im Falle der Usedomer Anlage gegenüber einer herkömmlichen Wärmeerzeugung mit externem Strombezug rund 30900 Euro höher liegen.
Weil aber der Strombedarf in dem Apartmenthaus mit 100 MWh/a beträchtlich ist, sind die Regelstrategien sowohl des Master-BHKW als auch des mit weniger Betriebsstunden fahrenden Zweitgeräts so ausgelegt, dass die modulierend arbeitenden Aggregate aus Wirtschaftlichkeitsgründen nahezu ständig in Betrieb sind. Was auch so sein muss, denn ausschlaggebend für den maximalen Erlös aus der Stromproduktion ist die Eigennutzung des selbst erzeugten Stroms. Und da finden sich in dem komfortablen Apartmenthaus trotz saisonal bedingt sehr unterschiedlicher Belegungsquoten genügend Abnehmer. So müssen zusätzlich neben dem Gemeinstrom für Aufzug und Beleuchtung von Fluren und Umlage im Schwimmbad die Lüftung sowie die Wasseraufbereitung und -umwälzung kontinuierlich versorgt werden.
Im Ergebnis deckt die Stromproduktion der beiden Mini-BHKW fast die komplette Grundlast der technischen Anlagen des Gebäudes ab, was einer Kosteneinsparung von rund 8500 Euro/a entspricht. Berücksichtigt man noch die eingesparte Stromsteuer von knapp 1100 Euro/a, sowie die Rückerstattung der Mineralölsteuer auf das verbrauchte Erdgas von rund 1440 Euro/a, ergibt sich unter Einbeziehung der Kapitalkosten ein jährlicher Überschuss von mehr als 5100 Euro (ohne Kapitalkosten etwa 8200 Euro) die nun nicht mehr auf der Betriebskostenabrechnung der Eigentümer auftauchen.
Wie lange die Amortisation tatsächlich dauert, wird auch durch die weiter anziehenden Energiepreise bestimmt: Schon nach etwa vier Jahren wird die Anlage, laut Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsanalyse der Projektplaner, auf Basis der Energiepreise Sommer 2006 erstmals in die Gewinnzone kommen. Ab dann, bis zum Ende der mit 15 Jahren prognostizierten Laufzeit, erwirtschaftet die Anlage einen beachtlichen Überschuss von rund 90000 Euro.
Noch gibt es keinen offiziellen Preis für die externen Kosten von CO2-Emissionen. Das Umweltbundesamt schlägt in seiner „Methodenkonvention zur Schätzung externer Kosten“ vor, pro Tonne CO2 einen Preis von 70 Euro anzusetzen. Der höhere Wirkungsgrad im Vergleich zu einem herkömmlichen Heizkessel sowie Strombezug aus einem Kraftwerk, vermindert innerhalb von zehn Jahren den CO2-Ausstoß um rund 183 t. Mit dem UBA-Vorschlag vermeiden die Villa-Südwind-BHKW der Gesellschaft damit innerhalb von 10 Jahren Kosten von knapp 13000 Euro.
Martin Schellhorn
Dipl.-Kfm., Freier Fachjournalist und Inhaber der Fachpresseagentur KommunikationsManagement Schellhorn in Haltern am See und Herne. Telefon (0 23 64) 10 81 99, E-Mail: info@die-agentur.sh
