Was der Atomausstieg mit den Heizkosten zu tun hat?

Bruttostromerzeugung in Deutschland 2006

Bruttostromerzeugung in Deutschland 2006
Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW)

Sehr geehrter Damen und Herren,

unsere Bundesregierung hat soeben beschlossen:

  •  Die nach der japanischen Atomkatastrophe zunächst vorläufig abgeschalteten sieben ältesten Atomkraftwerke Deutschlands gehen nie mehr ans Netz.
  • Die Restlaufzeiten der übrigen zehn Atomkraftwerke werden mit einem jeweils festen Datum begrenzt.
  • Ende 2022 ist endgültig Schluss mit der Atomkraft, jedoch bleibt die Brennelementesteuer erhalten.
  • Die Suche nach einem endgültigen Endlager wird intensiviert und ausgeweitet.
  • Die Stromnetze sollen zügig ausgebaut werden, um etwa Windstrom von Norddeutschland in den Süden zu transportieren. Dabei sollen auch teurere Erdkabel zum Einsatz kommen.
  • Offshore-Windparks, Wasserkraft und Geothermie sollen stärker gefördert werden, während die Förderung für Solaranlagen und Windkraftanlagen an Land gekürzt werden sollen. Gleichzeitig sollen ältere Windanlagen durch neue, leistungsstärkere ersetzt werden.
  • Zusätzlich zu den bereits in Bau befindlichen neuen Kohle- und Gaskraftwerken sollen weitere etwa 10 Gigawatt fossile Kraftwerksleistung hinzu kommen. Dabei soll es sich allerdings um möglichst effiziente und flexible Kraftwerke handeln. An den nationalen Zielen zur Minderung des CO2-Ausstoßes soll jedoch festgehalten werden.
  • Die Mittel für die energetische Gebäudesanierung werden zunächst für die Jahre 2012 bis 2014 auf jährlich 1,5 Milliarden Euro aufgestockt. Zudem sollen Maßnahmen zur Verringerung des Energieverbrauchs leichter steuerlich absetzbar sein. Damit will die Regierung erreichen, dass jährlich zwei Prozent des Gebäudebestandes saniert werden, um Energie zu sparen und den CO2-Ausstoß zu mindern.

Quelle: AFP, WELT ONLINE, WIKIPEDIA

Was bedeutet das für uns?

Wir verzichten ab sofort auf sieben der zuletzt noch 17 oder 41% unserer Kernkraftwerke, die noch 2009 laut Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) 23% der Bruttostromproduktion übernahmen. Somit fehlen uns ab sofort und nur grob überschlagen gut 9% unserer Stromerzeugungskapazität, die wir offensichtlich noch ohne Probleme aus vorhandenen Reserven decken können. Da momentan weder mehr Wind-, noch mehr Wasser-, noch mehr Müll- oder Photovoltaikkapazität zur Verfügung stehen kann, muss diese Lücke wohl durch fossile Brennstoffe (2009: 57% der Stromproduktion) oder Biomasse (2009: 4% der Stromproduktion) gedeckt werden. Man beachte hierbei, dass Reservekapazitäten bei Kraftwerken gleichwohl nur durch den erhöhten Einsatz von Brennstoff genutzt werden können! Angesichts der Verteilung kann man davon ausgehen, dass momentan über 90% der abgeschalteten Kernleistung durch zusätzlichen Einsatz fossiler Brennstoffe gedeckt wird. Soll zukünftig die fossile Kraftwerkskapazität möglichst „effizient und flexibel“ erweitert werden, so kann dies nur bedeuten, dass vor allem der Anteil des Erdgases (2009: 13% der Stromproduktion) an der Stromerzeugung steigen muss, denn Gasturbinen sind äußerst flexibel und in Verbindung mit nachgeschalteten Dampfturbinen höchsteffizient. Darüber hinaus ist Gas derjenige unter den fossilen Brennstoffen mit dem geringsten CO2-Ausstoß. Gleichzeitig stellt er aber auch den bedeutendsten Energieträger der Gebäudebeheizung Deutschlands dar, besonders für private Haushalte.

Fazit: Nicht nur Heizen mit elektrischen Wärmepumpen wird teurer; stellen Sie sich insgesamt auf steigende Heizkosten – auch bei Gas und Öl – ein. Investieren Sie noch in diesem Sommer in Ihre Heizungsanlage, damit Sie schon im kommenden Jahr von der Kostenentlastung profitieren.

Warum braucht man eigentlich beides: Zwei-Zonen-Beladung und Zwei-Zonen-Entladung?

Was sich mittlerweile herum gesprochen hat …

ist, dass eine möglichst gute Schichtung das A und O der effizienten Nutzung von Pufferspeichern darstellt. Denn nur der möglichst gut geschichtete Speicher kann noch Wärme aufnehmen, wenn er schon relativ voll ist und Wärme abgeben, wenn er schon relativ leer ist. Das Geheimnis dieses Nutzens liegt darin, dass der Speicher bei guter Schichtung oben immer heiß ist und unten immer kalt (Bild, Puffer 2-4), während der durchmischte Speicher von oben bis unten warm ist (Bild, Puffer 1). Die Grenze zwischen dem Heißen und dem Kalten sollte dabei möglichst abrupt verlaufen. Je voller der Speicher ist, desto tiefer (Bild, Puffer 3), je leerer er ist, desto höher (Bild, Puffer 4) liegt diese Grenze.

Ladezustände von Pufferspeichern

Ladezustände von Pufferspeichern

In jedem Fall also enthält ein gut geschichteter Speicher möglichst überhaupt kein warmes Wasser.

Ein Irrtum, dem noch viele unterliegen

Viele unserer Kunden haben die Erfahrung gemacht, dass sie die Schichtung ihrer Pufferspeicher durch den Einsatz der Zwei-Zonen-Entladungs-Baugruppen rendeMIX 3×2 (für einen Heizkreis) oder rendeMIX 3×4 (für zwei Heizkreise) so deutlich verbessern konnten, dass die Gesamteffizienz von Solaranlagen spürbar anstieg und die Betreiber hochzufrieden sind. Andere wiederum haben festgestellt, dass ihnen die Zwei-Zonen-Beladungs-Baugruppe rendeMIX 2×3 (mit Rücklauf-Anhebung für einen Holzkessel oder ein BHKW) ebenfalls spürbare Vorteile bringt. Was jedoch nur wenige erkannt haben ist, dass gerade die Kombination beider Verfahren, also der gleichzeitige Einsatz Zwei-Zonen-Beladung und der Zwei-Zonen-Entladung, den Pufferspeicher erst zur absoluten Höchstleistung beflügelt. Auf eines von beiden zu verzichten, nur weil man das Andere tut, bedeutet also schlicht und ergreifend sich mit einem deutlich schlechteren Ergebnis zufrieden zu geben.

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Warum ist die Kombination beider Verfahren so erfolgreich?

Beide Verfahren stürzen sich auf primär auf den Schwachpunkt jedes Speichers, das warme Wasser mittlerer Temperatur. Dieses entsteht leider immer wieder neu durch unvermeidbare Verwirbelungen im Speicher, die sich auch mit dem ausgefeiltesten Innenleben niemals ganz vermeiden lassen. Durch die systematische und vorrangige Verwendung dieses warmen, durchmischten Wassers gelingt es aber schließlich den Speicher „dynamisch aufzuräumen“. Das heißt, die Schichtung wird verbessert, während die Wärme durch den Speicher transportiert wird. Die Annahme, dass der Pufferspeicher zuerst von der Wärmequelle beladen und erst anschließend von den Verbrauchern entladen wird, ist nämlich realitätsfremd. Tatsächlich laufen beide Prozessen immer mehr oder weniger gleichzeitig ab.

Beispiel 1

Wenn ein 20 kW Holzkessel über einen Puffer eine 20 kW-Anlage versorgt, so bleibt der Wärmeinhalt des Speichers dabei konstant. Dennoch führt das gleichzeitige Be- und Entladen des Speichers nach dem Zwei-Zonen-Verfahren dazu, dass das gesamte durchmischte warme Wasser entnommen und die Schichtung des Speichers komplett neu aufgebaut wird.

Beispiel 2

Steigt die Leistungsentnahme auf über 20 kW an, so wird der Pufferspeicher langsam, aber sicher geleert, da die fehlende Leistung seinem Wärmevorrat entnommen wird.

Beispiel 3

Sinkt die Leistungsentnahme unter 20 kW, so wird der Pufferspeicher langsam, aber sicher gefüllt, da der Leistungsüberschuss seinem Wärmevorrat hinzugefügt wird.

Profi-Tipp: Gut gefühlt ist halb gewonnen

Was versteht man unter der Güte eines Regelkreises?

Fühler an BHKW

Ein Regler vergleicht ständig einen vorgegebenen SOLL-Wert mit einem gemessenen IST-Wert und ermittelt aus der Differenz (Abweichung) eine Reaktion (Stellgröße) mit dem Ziel, die Abweichung zwischen SOLL- und IST-Wert so klein wie möglich zu machen. Wird beispielsweise für ein BHKW eine konstante Rücklauftemperatur von 60°C gefordert, so handelt es sich dabei um den SOLL-Wert, während der IST-Wert durch einen Temperaturfühler ermittelt wird. Als Reaktion käme ein Dreipunkt-Signal in Frage, welches über einen elektrischen Antrieb ein Mischventil öffnet, stoppt oder schließt, so dass die Rücklauftemperatur angehoben, beibehalten oder abgesenkt wird.

Regelverhalten durch Fühler

Unter der Güte des Regelkreises wird vor allem verstanden, wie genau und wie schnell der Regler den IST-Wert an den SOLL-Wert heranführt, beispielsweise nach einer sprunghaften Änderung des SOLL-Wertes zum Zeitpunkt T. Im Idealfall schießt der IST-Wert nur einmal geringfügig über das Ziel hinaus und nähert sich dann von dieser Seite dem SOLL-Wert an. Ist der Regler zu langsam, so vergeht zuviel Zeit, bis das Ziel erreicht wird. Ist der Regler zu schnell, so schwingt er mehrfach über das Ziel hinaus. Da in unserem Beispiel auch der Stellmotor Bestandteil des Regelkreises ist und damit dessen Güte beeinflusst, sollte seine Laufzeit am Regler korrekt eingestellt werden, sofern diese Option existiert.

Was ist eine Totzeit?

Große Entfernung des Fühlers zum Mischer

Unter der Totzeit der Regelstrecke wird die Zeitspanne verstanden, die vergeht, bis die Wirkung einer Änderung des Reglers vom Fühler erfasst wird. Befindet sich beispielsweise der Fühler unserer oben genannten Rücklaufanhebung am Rücklauf-Eingang des BHKW, während der Mischer 5m entfernt montiert wurde, so ist die Totzeit mindestens so groß wie die Laufzeit (t), die das Wasser benötigt, um die Strecke (s) mit der Geschwindigkeit (v) vom Mischer zum Fühler zu fließen.

t = s / v

v = Q / A = Q / ¼πDN²

Bei einem BHKW mit einer thermischen Leistung von 12,5kW, welches im Vorlauf 80°C liefert und im Rücklauf 60°C erhält, beträgt das Delta-T 20K und der Durchfluss (Q) somit 0,54m³/h. Damit ergeben sich für die folgenden Nennweiten folgende Fließgeschwindigkeiten (v) und für eine 5m-Strecke beispielsweise folgende Laufzeiten (t):

DN [mm] v [m/s] t [s]
15 ½“ 0,84 5,9
20 ¾“ 0,47 10,6
25 1″ 0,30 16,5
32 1¼“ 0,19 27,0

Daraus ist zunächst erkennbar, dass eine stark überdimensionierte Nennweite zu einem deutlichen Anstieg der Totzeit führt. Und die steht einer hohen Reglergüte mit Sicherheit im Weg.

Warum die richtige Fühlermontage so wichtig ist?

Desweiteren ist klar, dass der Abstand zwischen dem Fühler und dem Mischer auf jeden Fall so klein wie möglich sein muss, um die Totzeit nicht unnötig zu vergrößern. Damit ist der Ort der Fühlermontage der erste Parameter, der beachtet werden muss.

Geringe Entfernung des Fühlers zum Mischer

Doch auch der Wärmeübergang vom Heizungswasser zum Fühler stellt eine Hürde mit Zeitrelevanz dar: je besser der Wärmeübergang ist, desto schneller reagiert der Fühler. Besonders verbreitet sind Anlegefühler, die von außen an die Rohrleitung montiert werden, durch die das zu messende Heizungswasser fließt. Dabei kommen im Wesentlichen drei Faktoren zum Tragen:

Kontaktfläche
Die Kontaktfläche sollte möglichst groß sein. Wird beispielsweise ein Fühler längs auf einem Wellrohr platziert, so stehen dem Wärmeübergang nur mehrere kleine Punkte zur Verfügung.

Bei einem glatten Rohr besteht der Kontakt zwischen Fühler und Rohr noch aus einer Linie. Erst durch den Einsatz von Wärmeleitpaste oder einer anderen Wärmebrücke wird aus der Linie die erforderliche Kontaktfläche, die einen schnellen Wärmeübergang garantiert.

Fühler ohne Wärmeleitpaste und Fühler mit Wärmeleitpaste

Wärmeleitfähigkeit der Übergangs-Materialien

Metalle sind die besten Wärmeleiter im Gegensatz zu Kunststoffen, Oxiden (Rost) oder anderen Verunreinigungen. Daher sollte das Rohr aus Metall bestehen und vor der Fühlermontage sorgfältig gereinigt werden.

Anpresskraft

Die Spannung der Anpresskraft sollte dauerhaft elastisch erhalten bleiben, was bei der Auswahl des Spannbands zu beachten ist. Insofern ist ein Spiralfederdraht sicherlich besser als ein Kabelbinder und ein Kabelbinder sicherlich besser als Klebeband.

Anpresskraft durch Spannband

In jedem Fall sind Sachverstand und Sorgfalt des Monteurs gefragt, um an dieser Stelle unnötige Fehler zu vermeiden, die im ungünstigsten Fall die Regelkreisgüte soweit verschlechtern können, dass es zu permanenten Temperaturschwankungen im Rücklauf des BHKW kommt.

Schlechter Wärmeübergang führt zu längerer Totzeit