KWK beschert die höchste Effizienzklasse

Transkript

1 40 I ErP-Richtlinie Installation DKZ l 2015 KWK beschert die höchste Effizienzklasse Das Labeln eines Verbunds birgt keine Schwierigkeiten Wie erstellt man das Energielabel für eine moderne Kombination im Heizungskeller, bestehend beispielsweise aus einer KWK-Anlage, gekoppelt mit einem Spitzenlastkessel? Die eigentliche Aufgabe dazu heißt laut EU-Richtlinie Bestimmung der jahreszeitbedingten Raumheizungs-Energieeffizienz und Verbrauch von Raumheizgeräten mit Kraft-Wärme-Kopplung. Wie löst man die Aufgabe? Und was sagt das Verbundlabel aus, was sagt es nicht aus? Als Beispiel eine Kombination mit dem XRGI-Modul von EC Power. Die ergänzende Delegierte Verordnung 811/2013 (EU) des Jahres 2013 ergänzend zur ErP-Richtlinie 2010/30/EU des Europäischen Parlaments aus dem Jahr 2010, umgangssprachlich Energieeffizienzrichtlinie verlangt bekanntlich ab sofort die Energiekennzeichnung von Raumheizgeräten, Kombiheizgeräten und Verbundanlagen inklusive Kraft-Wärme-Kopplung. Während die Klassen A bis G die verschiedenen Arten konventioneller Heizkessel abdecken, sollten die Klassen A+ und A++ den Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung oder von Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen fördern, steht in der Präambel der amtlichen deutschen Fassung. Fördern deshalb, weil zum Beispiel das XRGI 20 von EC Power mit seinem Gesamtwirkungsgrad von 96 % bezogen auf den Heizwert des eingesetzten Erdgases beinahe keine Primärenergie verschenkt. Die BHKW-Umweltphilosophie Die EU sieht es so: Die hohen Abwärmeverluste des Standards der öffentlichen Nur-Stromerzeugung fließen bei KWK nicht via Kühlturm nutzlos in die Atmosphäre sondern via Radiator oder Fußbodenheizung nutzbringend in die Aufenthaltsräume. Das belohnt Brüssel: Da sich eine Wärmeverordnung nur um die Wärme kümmert, gestattet der Gesetzgeber, den Gewinn einer Die EU macht sich in der ErP-Richtlinie für den vermehrten Einsatz von Klima schonender KWK stark gemeinsamen Strom- und Wärmeerzeugung also quasi die abgefangenen Wärmeverluste eines reinen Stromgenerators zusätzlich der Wärmeseite zuzuschreiben. Der mathematische Ansatz sieht so aus: Die Wärmeverluste eines Kraftwerks belaufen sich primärenergetisch gesehen auf das 2,5-fache der elek trischen Leistung, abgeleitet von dem gemittelten europäischen Kraftwerkwirkungsgrad von 40 %. Das modulierend arbeitende XRGI 20 beispielsweise liefert bis 20 kw Strom plus 40 kw Wärme. Damit fallen natürlich CO 2 -Emissionen an. Erspart bleibt jedoch der Umwelt das CO 2 -Äquivalent der Wärmeverluste eines reinen Stromgenerators von 20 kw, ergo das CO 2 -Äquivalent von 50 kw Erdgaswärme. In der Berechnung (nach EN 50465) wird deshalb die Stromleistung x 2,5 vom Energieverbrauch abgezogen. Lediglich der Rest fließt als Brennstoff für die Nennleistung Wärme des BHKW in die Berechnung ein. Das heißt, das XRGI 20 produziert bei dieser Betrachtung die thermischen 40 kw mit weit weniger Erdgas als jeder andere Wärmeerzeuger auf Basis des fossilen Energieträgers, nämlich mit einem Wirkungsgrad von gut 200 %. Diese Verhältnisse liegen der konkreten Formel zur Bestimmung der jahreszeitbedingten Raumheizungs-Energieeffizienz im Verbund mit einigen weiteren Faktoren und Beiwerten zugrunde. Die Mathematik ist im Prinzip deckungsgleich mit der zur Bestimmung des Primärenergiefaktors nach EnEV. Der liegt für die XRGI-Typen unter 0,5. Der Strom macht den Gewinn Der Schlüsselsatz in der Delegierte Verordnung (EU) Nr. 811/2013 lautet: Die jahreszeitbedingte Raumheizungs- Energieeffizienz s wird als jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizi-

2 Installation DKZ l 2015 ErP-Richtlinie I 41 Inklusive Schallpegel und Klimazone Die Effizienzeinstufung von Wärmeerzeugern wird auf einer Skala von G bis A++ durch einen schwarzen Pfeil angezeigt (A++ für sämtliche XRGI-Geräte), hinzu kommen Angaben zu Leistung und Schall emissionen. Konkret muss das KWK-Etikett die folgenden Informationen enthalten: I. Name oder Warenzeichen des Lieferanten II. Modellkennung des Lieferanten III. Raumheizungsfunktion, DE Amtsblatt der Europäischen Union L 239/17 IV. die Klasse für die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz, ermittelt gemäß Anhang II Nummer 1 der Verordnung. Jahreszeitbedingte RaumheizungsEnergieeffizienz im Betriebszustand (η son ) bezeichnet für eine KWK-Anlage ohne Zusatzheizgeräte den Wirkungsgrad bei Wärmenennleistung in Prozent und bei KWK mit Zusatzheizgeräten (Kessel) einen gewichteten Durchschnitt des Wirkungsgrads bei Wärmenennleistung bei abgeschalteten Zusatzheizgeräten und des Wirkungsgrads bei Wärmenennleistung bei eingeschaltetem Kessel V. die Wärmenennleistung in kw (einschließlich der Wärmenennleistung eventueller Zusatzheizgeräte) VI. den Schallleistungspegel in Innenräumen in db VII. Symbol für zusätzliche Stromerzeugungsfunktion Aufbau Label Einzel-BHKW Aufbau Label BHKW-Kombianlage (Package). Die Piktogramme von oben nach un ten: Wärmeerzeuger (BHKW A++) kombiniert mit Solar, Speicher, Regelung und zusätzlichem Wärmeerzeuger (Kessel). Damit klettert die Installation in die höchste Effizienzstufe A+++ enz im Betriebszustand son berechnet und um Beiträge berichtigt, mit denen die Temperaturregelung, der Hilfsstromverbrauch, der Wärmeverlust im Bereitschaftszustand, gegebenenfalls der Energieverbrauch der Zündflamme berücksichtigt werden, und, bei Raumheizgeräten mit Kraft-Wärme-Kopplung, berichtigt durch Addition des elektrischen Wirkungsgrads, multipliziert mit dem Umwandlungskoeffizienten CC=2,5. Das klingt kompliziert, was jedoch ausschließlich am Amtsdeutsch liegt. Mit dem Umwandlungskoeffizient von 2,5 (CC=Conversion Coefficient) hat EC Power seine vier BHKW-Typen XR- GI 6, 9, 15 und 20 (maximale elektrische Leistung in kw, thermisch jeweils etwa das Doppelte) am Danish Gas Technology Center (ähnlich dem deutschen Gaswärme-Institut), der höchsten Institution in Dänemark, durchmessen und die Effizienz berechnen lassen. Das DGC bescheinigt der 20er-Version Wirkungsgrade bei Vollleistung von 63,4 und 32,7 % thermisch/elektrisch. Die jahreszeitbedingte Raumheizungs- Energieeffizienz s errechnet sich dadurch laut Vorschrift auf 213 %. Analog belaufen sich die Werte für das XRGI 9 auf 181 %, für das das XR- GI 15 auf 171 % und für das XRGI 6 auf 178 %. Diese Angaben beziehen sich auf den Gas-Brennwert. Nach Tabelle 1 des Anhangs II der EU 811/2013 zeichnet damit sämtliche XRGI-Modelle von EC Power die Zugehörigkeit zur Effizienz-Klasse A++ aus. (Warum lediglich A++ und nicht A+++ dazu gleich die Erklärung.) Neben dem hohen rein motorischen Wirkungsgrad tragen der niedrige Verbrauch von Hilfsenergie und die geringen Stillstandsverluste, erfasst nach DIN EN 50465, zu diesem Ergebnis bei. Das Label-Procedere Der Ablauf ist der: 1. Die Hersteller oder Inverkehrbringer, wie ergänzend in der Richtlinie steht, ermitteln auf dem Prüfstand für ihre Einzelprodukte die Effizienz und

3 42 I ErP-Richtlinie Installation DKZ l 2015 damit die Effizienzklasse. Was sie alles messen müssen und wie sie messen müssen, schreiben ihnen die Richtlinie und ein EU-harmonisiertes Produktdatenblatt vor: Leistung, Bereitschaftsverluste, Brennstoff, Hilfsenergie, Aufheizzeit und anderes. Bis hierhin bleibt folglich der Anlagenbauer außen vor. 2. Eine XRGI-Anlage als Einzelprodukt besteht aus den drei Hauptkomponenten Power-Unit, Q-Wärmeverteiler und iq-schaltschrank. Ein werkseitig Die Effizienz eines Verbunds ein relativ kleines beigestelltes XRGI 6 preisgünstig und nachhaltig generieren. Man beachte in diesem Zusammenhang: Bis 2019 ist per Richtlinie ein A++ die maximale Bewertung für das Einzel-BHKW, auch wenn s jenseits der 150 % liegen sollte. So will es die EU. Nur Verbundanlagen dürfen A+++-zertifiziert werden. Warum auch immer. Das führt zu der Situation, dass zum Beispiel ein XRGI 15 mit s =171 % und damit eigentlich Effizienzklassen. Die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (η s ) setzt den Raumheizungsbedarf in der Heizperiode ins Verhältnis zum jährlichen Energieverbrauch der Anlage zur Deckung dieses Bedarfs. Standby-Verluste fließen folglich mit ein integrierter Flow-Master als Temperaturregler macht sie dagegen schon nach den Bestimmungen der ErP-Richtlinie zu einer Kombianlage. Sie ist vom Hersteller gesondert zu labeln. Für die Regelung gibt es einen Bonus, der sich nach ihrer Güteklasse richtet und ebenfalls in den Produktdatenblättern tabelliert ist. Den Bonus deshalb, weil die Temperaturregelung maßgebliche Daten an eine Schnittstelle des Heizgerätes weitergibt und so zur Regelung der Innentemperatur(en) beiträgt (Delegierte Verordnung). Planer und Anlagenbauer bleiben immer noch außen vor. 3. Für die beiden Hausenergieerzeuger BHKW plus Spitzenlastkessel existiert also je ein Label. Den Verbund zu labeln ist nun Sache des Anlagenbauers. Die Erstellung des Etiketts verlangt aber keine große Rechenkunst. Denn natürlich hat die EU auch hier den Weg geebnet und den relativ kurzen Rechengang im Detail vorgegeben. Das, was Planer und Handwerker am Computer oder auf der Baustelle zum Verbund verrohren und verdrahten, kann die Effizienz des Einzelprodukts erhöhen wie beispielsweise im geschilderten Fall einer genaueren Raumtemperaturregelung mit dem MasterFlow oder reduzieren. Das XRGI von EC Power etwa erhöht formal den primärenergetischen Wirkungsgrad des Gasbrennwertkessels, wenn der bei einer Kombination als Hauptwärmeerzeuger des Verbunds fungiert: weil wegen des eventuell hohen Wärmebedarfs, zum Beispiel eines Wohnobjekts, die Elektrizität an zweiter Stelle steht. Den Strom könnte hier weit über der A++-Schwelle sich mit zwei Sternen begnügen muss, während sich dieselbe Maschine mit integriertem MasterFlow mit drei Sternen auszeichnen darf. Dabei hebt der Regler die Effizienz lediglich um 2 % von 171 auf 173 % an. Wie schon gesagt, in den Delegierten Verordnungen 811/2013 (Wärmeerzeugung) und 812/2013 (Warmwasserbereitung) zur Ergänzung der Richtlinie 2010/30/EU sind Datenblätter zur Berechnung von Verbundanlagen hinterlegt. Von Hand ist die Einstufung durchaus zu bewältigen. In der Pra-

4 Installation DKZ l 2015 ErP-Richtlinie I 43 Beispiel Verbundlabel KWK, Kessel, solare WW-Bereitung Wer aus einem fernen Land selbstständig Kollektoren (oder andere Produkte) bezieht, muss die EU-konformen Produktdaten (Produktdatenblatt) anfordern oder aber die Werte bei einem hiesigen Institut durchmessen lassen. Generell muss er die von der Industrie gelieferten Produktdatenblätter, die dem Endkunden zu überreichen sind, auf Vollständigkeit kontrollieren. Denn Partner des Endkunden ist der Betrieb, nicht der Hersteller/Importeur. Das Datenblatt für Verbundanlagen aus KWK, Kessel und Solarkollektoren muss die im Schemabild dargestellten Angaben für die Bewertung der Gesamteffizienz enthalten (die Römischen Ziffern entsprechen den Römischen Ziffern in den Formeln, p rated = Wärmenennleistung): I: Wert der Raumheizungs-Energieeffizienz des Vorzugsraumheizgerätes II: Faktor zur Gewichtung der Wärmeleistung des Vorzugs- und des Zusatzheizgerätes einer Verbundanlage gemäß Tabelle 5 beziehungsweise Tabelle 6 der Verordnung III: Wert des mathematischen Ausdrucks 294 / (11. p rated ), wobei sich prated auf das Vorzugsheizgerät bezieht IV: Wert des mathematischen Ausdrucks 115 / (11. p rated ). Das p rated bezieht sich wieder auf das Vorzugsraumheizgerät. Anmerkung: Bei einem bereits mit Regelung gelabelten XRGI entfällt Schritt 2 im Formular. Bei Schritt 3 ist darauf zu achten, dass es sich um einen Minuswert handelt. Die Effizienz des Kessels liegt unter der Effizienz des XRGI (Römisch I).

5 44 I ErP-Richtlinie Installation DKZ l 2015 Brennwert-Wirkungsgrad und Heizwert-Wirkungsgrad des XRGI 20 bei 100 %, 75 % und 50 % Last. Der Wirkungsgrad bleibt stabil, testiert vom Dänischen Gasinstitut Leistung (XRGI 20) 100 % 75 % 50 % Wärmeproduktion Rücklauftemperatur 46,7 46,6 46,5 Vorlauftemperatur 87,6 88,2 88,3 Durchsatz P (kw) 38,5 31,4 25,9 Stromverbrauch und -produktion Verbrauch (kw) 0,078 0,078 0,078 Produktion (kw) 19,9 15,0 9,9 Effizienz (Heizwert) Thermisch (%) 63,4 65,4 70,4 Elektrisch (%) 32,7 31,1 26,9 Total (%) 96,1 96,5 97,3 Effizienz (Brennwert) Thermisch (%) 57,1 58,9 63,4 Elektrisch (%) 29,5 28,1 24,3 Total (%) 86,6 87,0 87,7 neuen Kessels im Keller wird das Etikett nicht grünen. Zweitens: Das Label qualifiziert die Effizienz ausschließlich bei Nennleistung, nicht im Teillastbereich. Das Dänische Gasinstitut testiert den gleitend arbeitenden XRGI-Maschinen auch bei 50 und 75 % den gleich hohen Wirkungsgrad, den es für die Nennleistung (100 %) prüfte. Die KWK-Kombianlagen von EC Power dürfen mithin für sich in Anspruch nehmen und das auch in den Dokumenten ausweisen, keinen ihrer drei Sterne bei halber Last zu verlieren. Drittens steht auf dem EU-Etikett nichts zur Solidität des Produkts, seiner Wartungsintensität, seiner Lebensdauer, seiner Schallleistung oder zum Werksservice. Das Wartungsintervall von Stunden für das XRGI 6 etwa ist der Spitzenwert in diesem Bereich. xis wird man ein schon gelabeltes XR- GI vielleicht mit ein oder zwei weiteren Energie verbrauchenden Produkten (ErP=Energy related Products) ergänzen, zum Beispiel mit einem Kessel und/oder einigen Quadratmeter Kollektorfläche auf dem Dach zur Warmwasserbereitung. Das klingt danach, viele Produktdatenblätter unterschiedlicher Marken bereits beim Beratungs- oder Angebotsgespräch zur Hand haben zu müssen. Doch dürfte es üblich sein, sich auf wenige Kombinationen zu beschränken und diese Paketlösungen im Laptop abrufbereit zu hinterlegen. verabschiedete: Wer der Ökologie Gutes tun will, soll erkennen können, nur mit einem neuen Ölkessel in dieser Richtung nicht sehr weit zu kommen. Trotz Und viertens spielt dann natürlich auch der Preis eine Rolle Bernd Genath Möglichkeiten der Unterscheidung Wie können sich eigentlich Hersteller noch unterscheiden, wenn die EU bis in die letzte kleine Komponente hineinregiert? Ein A mit zwei oder drei Sternen/Pluszeichen ist ein A mit zwei oder drei Sternen/Pluszeichen. Nun: Erstens erlaubt die Effizienzangabe schon mal den Systemvergleich. Diese Transparenz will das Etikett in erster Linie auch schaffen, so wollte es die EU, als sie die entsprechenden Richtlinien KWK im Verbund mit einem Gaskessel. Die XRGI-Maschinen zeichnet aus: von Last und Rücklauftemperatur unabhängige Gesamtwirkungsgrade, Fähigkeit stabil mit sehr hohen Temperaturdifferenzen zu arbeiten, was der Brennwertnutzung und der aktiven Wärmespeicher-Kapazität zugute kommt. Stufenlose und schnelle Leistungs-Modulation mit genauer Eigenbedarf-Produktion nach Stromverbrauchs-Messung als Option. Intelligentes Speicher-Überwachungs-System. Virtuelles Kraftwerk -Option (Bilder: EC Power)