Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung für ein Verwaltungsgebäude

Aggregate clever verschaltet

Anlässlich der Modernisierung der Energieversorgung des
Verwaltungsgebäudes der Stadtwerke in Pirmasens wurde ein
Anlagenkonzept entwickelt, bei dem ein Blockheizkraftwerk im
Zusammenspiel mit einer Absorptionskälteanlage nach dem
Prinzip der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung betrieben wird.

Entsprechend der von der EU-Consult GmbH, einem Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik mit Sitz in Ludwigshafen, entwickelten Anlagenkonzeption wird die Abwärme des Blockheizkraftwerkes im Winter als Heizwärme für das Verwaltungsgebäude genutzt. Im Sommer wird die nicht für
Heizzwecke benötigte Wärme mit einer Vorlauftemperatur von maximal 95 °C mittels einer Absorptionskältemaschine, die für eine Kälteleistung von 100 kW ausgelegt ist, für Klimatisierungszwecke (d. h. Kühlung und Luftentfeuchtung) genutzt. Das Blockheizkraftwerk wird im Sommer mit so hohen Rücklauftemperaturen betrieben, wie es der Verbrennungsmotor zulässt (Heißkühlung), um mit der Absorptionskältemaschine eine
maximale Kälteleistung zur Verfügung stellen zu können. Die gleichzeitig mit der Wärme erzeugte elektrische Energie
wird vollständig in das Stromnetz der Stadt Pirmasens eingespeist. Das Blockheizkraftwerk stellt auch die Notstrom-
versorgung des Gebäudes sicher.

Anlagenkonzept ermöglicht einen ganzjährigen Wärmebedarf

Die Kombination von Blockheizkraftwerk und Absorptionskälteanlage ermöglicht einen fast ganzjährigen Betrieb des Blockheizkraftwerks bzw. sorgt für eine stets hohe Nachfrage nach Wärme. Dies belegt auch eine Analyse der Betriebsdaten, wonach das BHKW-Modul seit seiner Inbetriebnahme im September 2005 bis Mitte Mai 2007 insgesamt
rund 11 000 Stunden in Betrieb war. Die wechselnden Lastverhältnisse, die vor allem im Frühjahr und Herbst auftreten,
werden durch einen Wärme- und einen Kältespeicher mit je 15 m³ Fassungsvermögen ausgeglichen. Pro BHKW-Start wurden durchschnittlich 21,4 Betriebsstunden erreicht. Erst wenn das BHKW und der Wärmepufferspeicher die angeforderten Wärmebedarfsspitzen nicht mehr decken können, werden die Spitzenlastkessel freigegeben.

Die Steuerung der Heizzentrale übernimmt eine Gebäudeleittechnik, die den Wärme- bzw. Kältebedarf des Gebäudes ermittelt und daraufhin das BHKW und die Spitzenlastkessel an- bzw. abwählt.

Anschlussfertiges Kompaktmodul

Die Leistungsdaten des BHKW-Moduls wurden unter Berücksichtigung des Grundlastbedarfes an Heizwärme und an Prozesswärme für die Absorptionskältemaschine festgelegt. Aufgrund des geringen Platzbedarfs und der für dieses
Projekt geforderten hohen Verfügbarkeit fiel die Wahl auf ein BHKW-Kompaktmodul der Sokratherm GmbH & Co. KG,
Hiddenhausen. Das Kompaktmodul vom Typ GG 50 SH erbringt bei maximalen Vor- und Rücklauftemperaturen von 95
bzw. 80 °C eine elektrische Leistung von 48 kW und eine thermische Leistung von 78 kW. Es wurde anschlussfertig in
einem Schalldämmgehäuse mit einem integrierten Schaltschrank geliefert.

Da die Räumlichkeiten keine Montage von BHKW und Absorptionskälteanlage mit Rückkühlwerk und Pufferspeichern
im Gebäude zuließen, wurde eigens ein Maschinenhaus aus Betonfertigteilen auf dem Stadtwerke-Gelände errichtet. Über im Erdreich verlegte Kälte- und Wärmeleitungen sowie Stromleitungen zum Anschluss des Blockheizkraftwerks an das Stromnetz und an die Gebäudeleittechnik wurde die KWKK-Anlage mit dem Gebäude verbunden.

Das Rückkühlwerk der Kälteanlage, das auch als BHKW-Notkühler im Netzersatzbetrieb dient, wurde auf dem Dach des Maschinenhauses installiert.

30 % Primärenergie eingespart

Mit dem für dieses Projekt gewählten Anlagenkonzept werden gegenüber der getrennten Strom-, Wärme- und Kälteerzeugung in erheblichen Maße Betriebskosten reduziert. Ferner werden durch die effiziente Nutzung (mehr als 90 %)
der im Erdgas enthaltenen Energie im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Strom im Großkraftwerk und Wärme im
Kessel rund 30 % an Primärenergie eingespart. Dadurch vermeidet das BHKW auch Schadstoffemissionen in Höhe von
etwa 20 % NOx und fast 60 % CO2. Dies entspricht einer kumulierten CO2-Emissionsminderung von rund 45 t im Jahr.