Stirlingmotor als Antriebseinheit von Heizungen

Prinzip, Einsatzmöglichkeiten, Vor- und Nachteile

Stirling-Heizgeräte erzeugen elektrische Energie und Wärme dezentral, d.h. dort, wo sie benötigt werden. So entstehen beim Stromtransport keine Übertragungsverluste. Aufgrund der dezentralen und hoch effizienten Parallelerzeugung von Strom und Wärme können die Stirling-Heizgeräte mit einen hohen Gesamtwirkungsgrad von über 90 % erreichen. Die Stirling-Heiztechnologiesysteme, bestehend aus Stirlingmotor, Brenner, Gebläse, Wärmezelle und Gasarmatur, arbeiten besonders umweltschonend, da die bei der Stromerzeugung frei werdende Wärme nahezu vollständig als Raumwärme und zur Warmwasserbereitung genutzt werden kann.

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Der Stirlingmotor ist ein Heißgas-Motor, in dem sich der Verdrängerkolben und der Arbeitskolben bewegen. Beide Kolben sind an einem Schwungrad um 90 Grad versetzt angeordnet. Die mechanische Arbeit wird allein vom Arbeitskolben aufgebracht. Der Verdrängerkolben dient lediglich dazu, das Gas zu verschieben. Das Gas verbleibt innerhalb des Motors, d.h. es wird nicht ausgetauscht. Das heißt, dass dieser Motor, abgesehen von einer ggf. durch Verbrennung betriebenen externen Wärmequelle, ohne Abgasemissionen arbeitet. Zudem benötigt der Stirlingmotor im Gegensatz zum Ottomotor keinen besonderen Treibstoff, da er lediglich auf die Zufuhr und Abfuhr von Wärme angewiesen ist. Dabei ist es unerheblich, woher die Wärme stammt. Als Wärmequelle können sowohl fossile Energieträger wie Öl und Gas als auch regenerative Energieträger wie Sonnenenergie, thermisch nutzbare Abwärme oder Erdwärme genutzt werden. Aufgrund der geschlossenen Arbeitsräume im Stirlingmotor können Rückstände aus der Verbrennung nicht in das Motorinnere gelangen, was zu geringem Verschleiß und damit langen wartungsfreien Laufzeiten führt.

Als Antriebseinheit in kleinen Blockheizkraftwerken weisen Stirlingmotoren gegenüber konventionellen Blockheizkraftwerken (BHKW) viele Vorteile auf, die insbesondere bei kleinen Leistungen ersichtlich werden. Die Wartungsintervalle sind aufgrund der geschlossenen Bauweise mit 4.000 - 6.000 Stunden überdurchschnittlich hoch. Die Betriebskosten liegen also deutlich unter denen von Gas-Ottomotoren. Außerdem sind die Schadstoffemissionen von Stirling-Brennern heutiger Technologie mindestens 10-mal niedriger als bei Gas-Ottomotoren mit Katalysator und entsprechen so den Werten der modernen Gasbrennwerttechnologien.

Wird ein Brenner als Wärmequelle verwendet, verlässt das Rauchgas den Erhitzer mit einer Temperatur von etwa 800 °C. Die noch im Abgas enthaltene Energie wird dann über einen Luftvorwärmer auf die Verbrennungsluft übertragen, die auf etwa 600 °C vorgewärmt wird. Die Brenner für effiziente Stirlingmotoren unterscheiden sich durch diese Luftvorwärmung von üblichen Heizungsbrennern und arbeiten im Brennraum auf deutlich höherem Temperaturniveau, d.h. bei 1.200 bis 2.000 °C. Die abgegebene Leistung lässt sich durch Anpassung des Arbeitsgasdruckes zwischen 30 und 130 bar zwischen 3 und 9 kW an der Welle einstellen.

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