Einsatz von Blockheizkraftwerken im Wohnungsbau; ökonomische, energetische und ökologische Analysen

Mémoire (de fin d'études) , 1997 , 132 Pages , Note: 1,3

Ingénierie - Génie Mécanique

In einem Industriestaat, wie die Bundesrepublik Deutschland, ist eine innovative Energie-
wirtschaft (d.h. rationelle Energienutzung ) für eine positive wirtschaftliche Entwicklung von großer Bedeutung. Ziel der Energiepolitik sollte eine sichere, ausreichende, preiswerte und umweltfreundliche Energieversorgung der Endabnehmer sein.
Daneben hat sich auch die Erkenntnis durchgesetzt, dass die begrenzte Verfügbarkeit fossiler Energieträger und der Kernbrennstoffe sowie der weltweit wachsende Energie-
bedarf uns dazu zwingen, mit dem Wirtschaftsgut „Energie“ noch sparsamer umzugehen.

In vielen Bereichen der Energieanwendung konnten bereits beachtliche Einsparungen durch die Forschung und die Modernisierung von energiesparenden Technologien, wie z.B. Wärmerückgewinnungssysteme, Abwärmenutzung, sowie durch einen vermehrten Fernwärmeausbau erreicht werden. Doch auch weiterhin bietet sich hier ein beachtliches Potential zur Schonung der Reserven.

Neben dem ökonomischen Aspekt, hat die ökologische Komponente der Energieeinsparung zunehmendes Gewicht gewonnen. Ein geringerer Energieverbrauch bedeutet gleichzeitig weniger Umweltbelastung durch Schadstoffemissionen.
Insbesondere die Emissionen des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) müssen in den nächsten Jahrzehnten drastisch reduziert werden, damit einer drohenden Klimaveränderung der Erde entgegen gewirkt werden kann.

In diesem Zusammenhang gewinnt die dezentrale Energieerzeugung auf der Basis der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), hier im speziellen Blockheizkraftwerk(BHKW), zunehmend an Bedeutung. Hierbei wird die nutzbare Wärme (Abgas, Kühlwasser, Schmieröl) zur Wärme- oder auch zur zusätzlichen Stromerzeugung genutzt, und so der Gesamtwirkungsgrad erhöht. Dadurch können die Energiekosten und die Schadstoffemissionen pro erzeugter Energieeinheit beträchtlich gesenkt werden. Auf Grund dieser Vorteile sind allein in Deutschland heute schon BHKW-Anlagen mit einer elektrischen Gesamtleistung von über 4,6 GW installiert

Je nach Erfordernis kann sich die Planung eines BHKW’s an dem Wärme- oder Strombedarf orientieren, wobei die Auslegung immer eine wirtschaftliche Abgabe von Kraft und Wärme bei größtmöglicher Eigennutzung in den Vordergrund stellen sollte.

In dieser Diplomarbeit wird unter diesen Gesichtspunkten, der mögliche Einsatz eines Kleinst-BHKW’s für die Energieversorgung eines Fünffamilienhauses und eines Doppelfamilienhauses auf energetische, wirtschaftliche und ökologische Art hin, untersucht.

Inhaltsverzeichnis

• I. Einleitung
• II. Objektvorstellung
• III. BHKW-Technik
  • 1. Entwicklung der BHKW-Technik
  • 2. Grundlagen der BHKW-Technik
    • 2.1. Begriffsdefinition
    • 2.2. Verbrennungsmotoren
      • 2.2.1. Gas-Ottomotor
      • 2.2.2. Dieselmotor
      • 2.2.3. Diesel-Gasmotor
      • 2.2.4. Vor- und Nachteile der Verbrennungsmotoren
        • 2.2.4.1. Gasmotor
        • 2.2.4.2. Dieselmotor
    • 2.3. Brennstoffe
      • 2.3.1. Brennstoffe für Gasmotoren
      • 2.3.2. Flüssige Brennstoffe für Dieselmotoren
    • 2.4. Stromerzeugung
      • 2.4.1. Der Synchrongenerator
      • 2.4.2. Der Asynchrongenerator
      • 2.4.3. Schutzeinrichtungen
    • 2.5. Wärmeübertragung
      • 2.5.1. Kühlwasserwärmetauscher
      • 2.5.2. Abgaswärmetauscher
      • 2.5.3. Abhitzekessel
    • 2.6. Spitzenkessel
    • 2.7. Abgasanlage
    • 2.8. Steuer- und Regeleinrichtung
      • 2.8.1. Modulleitsystem
      • 2.8.2. Zentralleitsystem
    • 2.9. Wärmespeicher
    • 2.10. Elektrische Einbindung an das öffentliche Netz
    • 2.11. Typische Einsatzgebiete von BHKW's
  • IV. Energie- und Emissionsbilanzen
    • 1. Einleitung
    • 2. Energieverbrauch und Umweltbelastung
    • 3. Primärenergieeinsparung durch BHKW-Technik
    • 4. Vorschriften zur Reinhaltung der Umwelt
      • 4.1. Das BundesImmissionsSchutzGesetz (BImSchG)
      • 4.2. Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA-Lärm)
        • 4.2.1. Schallschutzmaßnahmen
      • 4.3. Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft)
    • 5. Maßnahmen zur Schadstoff-Emissionsminderung
      • 5.1. Allgemein
      • 5.2. Abgareinigungssysteme mit Katalysator
        • 5.2.1. Lambda-1-Betrieb mit Drei-Wege-Katalysatoren
        • 5.2.2. Lambda >1 Betrieb mit NH3-Einsatz und Oxidationskataly
        • 5.2.3. Abgasnachbehandlung bei Dieselmotoren
      • 5.3. Einsatz eines Magermischmotors
      • 5.4. Resümee
  • V. Gebäudewärmebedarf
    • 1. Normwärmebedarf nach DIN 4701
      • 1.1. Transmissionswärmebedarf
      • 1.2. Lüftungswärmebedarf
    • 2. Berechnung des Gebäudewärmebedarfs
  • VI. Bilanzierung des Strombedarfs
    • 1. Einführung
    • 2. Erfassung des Strombedarfs
      • 2.1. Beschreibung des MES-3D-Gerates
      • 2.2. Auswertung der Messergebnisse
        • 2.2.1. Typischer Stromverbrauch einer Woche
      • 2.3. Stromverbrauch
  • VII. Kleinst- Motorheizkraft
    • 1. Das Senertec-Sachs BHKW
    • 2. Erfahrungen und Ergebnisse des Feldversuchstestes in Schleswig-Holstein
  • VIII. Planungsdaten
    • 1. Auslegung des BHKW
    • 2. Zeitlicher Verlauf von Wärme- und Strombedarf
  • IX. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
    • 1. Allgemeines
      • 1.1. Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit eines BHKW's
    • 2. Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
      • 2.1. Methodik
      • 2.2. Statischer Rechensatz
      • 2.3. Dynamischer Rechensatz

  Zielsetzung und Themenschwerpunkte

  Die Diplomarbeit befasst sich mit dem Einsatz von kleinen Blockheizkraftwerken (BHKW) im Wohnungsbau und analysiert deren ökonomische, energetische und ökologische Aspekte.

  • Analyse der BHKW-Technik und ihrer Entwicklung
  • Bewertung der Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit von BHKW im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen
  • Ermittlung des Wärmebedarfs von Wohngebäuden
  • Wirtschaftlichkeitsanalyse des BHKW-Einsatzes im Wohnungsbau
  • Untersuchung von Regelungs- und Steuerungssystemen für BHKW

  Zusammenfassung der Kapitel

  • I. Einleitung: Diese Einleitung bietet eine Einführung in das Thema der Diplomarbeit und erläutert die Relevanz des Einsatzes von BHKW im Wohnungsbau.
  • II. Objektvorstellung: Dieses Kapitel stellt das konkrete Objekt, auf das sich die Analyse bezieht, vor. Es beschreibt die wichtigsten Merkmale des Wohngebäudes und der darin verbauten Heizungs- und Energieversorgungssysteme.
  • III. BHKW-Technik: Dieses Kapitel behandelt die technische Funktionsweise von BHKW und deren Entwicklung. Es beleuchtet die verschiedenen Typen von Verbrennungsmotoren, Brennstoffe, Stromerzeugung und Wärmeübertragung. Es beinhaltet auch eine Diskussion über die Vor- und Nachteile der verschiedenen BHKW-Systeme.
  • IV. Energie- und Emissionsbilanzen: Dieses Kapitel analysiert die Energieeffizienz und die Umweltbelastung von BHKW im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen. Es beleuchtet die Primärenergieeinsparung durch den Einsatz von BHKW und diskutiert die relevanten Gesetze und Vorschriften zur Reinhaltung der Umwelt.
  • V. Gebäudewärmebedarf: Dieses Kapitel beschreibt die Methoden zur Berechnung des Wärmebedarfs von Wohngebäuden und erläutert die relevanten Normen.
  • VI. Bilanzierung des Strombedarfs: Dieses Kapitel analysiert den Stromverbrauch des Wohngebäudes und bietet eine detaillierte Auswertung der Messergebnisse.
  • VII. Kleinst- Motorheizkraft: Dieses Kapitel stellt ein spezifisches BHKW-System, das Senertec-Sachs BHKW, vor und diskutiert die Ergebnisse eines Feldversuchstestes.
  • VIII. Planungsdaten: Dieses Kapitel behandelt die Planung und Auslegung von BHKW-Systemen im Wohnungsbau.
  • IX. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen: Dieses Kapitel analysiert die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von BHKW im Wohnungsbau. Es betrachtet verschiedene Einflussfaktoren und untersucht verschiedene Methoden zur Wirtschaftlichkeitsberechnung.

  Schlüsselwörter

  Blockheizkraftwerk (BHKW), Energieeffizienz, Umweltfreundlichkeit, Wohnungsbau, Wärmebedarf, Stromverbrauch, Wirtschaftlichkeit, Emissionsminderung, Verbrennungsmotoren, Gasmotoren, Dieselmotoren, Primärenergieeinsparung, Normen, DIN 4701, Feldversuch, Senertec-Sachs BHKW, Wirtschaftlichkeitsberechnung.

• Université: University of Applied Sciences North Rhine-Westphalia Aachen (Maschinenbau)
• Note: 1,3
• Auteur: Rainer Valtwies (Auteur)
• Année de publication: 1997
• Pages: 132
• N° de catalogue: V25468
• ISBN (ebook): 9783638280815
• ISBN (Livre): 9783656074014
• Langue: allemand
• mots-clé: Einsatz, Blockheizkraftwerken, Wohnungsbau, Analyse