Wie funktioniert ein Stirling-Heizgerät?

Was ist ein Stirling-Motor?

Ein Stirling-Motor ist eine Wärmekraftmaschine und Herzstück von Stirling-Heizgeräten. Die Technologie, die bereits im Jahr 1816 entwickelt wurde, nutzt Verbrennungs-Wärme zur Erzeugung von Strom.

In seiner ursprünglichen Form besteht das Gerät aus einer Kombination von zwei Zylindern, in denen Luft abwechselnd erhitzt und gekühlt wird. Durch die dabei entstehenden Volumenänderungen bewegen sich zwei gegenläufige Kolben. Diese Bewegung treibt eine Schwungscheibe an, über die wie bei einem Fahrrad-Dynamo Strom gewonnen werden kann.

Etwas detaillierter haben wir Ihnen die Funktion im Artikel Stirlingmotor:Funktionsweise als innovatives Heizgerät beschrieben.

Wie funktioniert ein Stirling-Motor in der Heizung?

In der Heizung können Stirling-Motoren mit konventionellen Heizgeräten kombiniert werden. Üblich ist dabei zum Beispiel die Integration in einer Brennwerttherme. Aufgrund der knappen Platzverhältnisse wurde die ursprünglich von Robert Stirling entwickelte Bauform dabei durch eine Kompaktere ersetzt. Anstatt aus einer Drehbewegung, wird der Strom nun aus einer linearen Auf- und Ab-Bewegung gewonnen.

In Stirling-Heizgeräten wird die Heizleistung des Brenners neben der Wärmeerzeugung auch zur Stromproduktion genutzt. Während die Wärmeleistung, also die vom Heizgerät abgegebene Wärme, konstant bleibt, steigt der Brennstoffbedarf leicht an, um die Energie der Stromerzeugung einschließlich dabei anfallender Verluste bereitstellen zu können.

Überschläglich liefern moderne Geräte Strom und Wärme in einem Verhältnis von eins zu fünf. Das heißt, ein Heizgerät mit einer Wärmeleistung von 10 kW kann etwa 2 kW Strom erzeugen. In einem typischen Einfamilienhaus können dabei bereits 2.500 kWh Strom erzeugt werden. Das reicht aus, um den Großteil des Strombedarfs eines Zwei-Personen-Haushalts zu decken. 

Im Vergleich zu BHKWs mit Verbrennungsmotoren, die auch Strom und Wärme erzeugen, haben Stirling-Heizgeräte einige Vorteile:

• Der Stirling-Motor ist hermetisch abgedichtet und damit wartungsfrei. Die Wartungsarbeiten an einem Stirling-BHKW beziehen sich ausschließlich auf Spitzenlastbrenner und Bauteile, die auch in konventionellen Geräten verwendet werden. Sie können dadurch von vielen Heizungs-Fachbetrieben erledigt werden.
• Stirling-Heizgeräte haben eine saubere Verbrennung, eine hohe Laufruhe und arbeiten leise.
• Stirling-Heizgeräte können theoretisch auch mit regenerativen Brennstoffen betrieben werden.

Gibt es Stirling-Heizgeräte auch mit regenerativen Brennstoffen?

Durch ihre Bauform können Stirling-Heizgeräte theoretisch mit jeder Wärmequelle betrieben werden. Möglich ist dabei zu Beispiel auch der Einsatz in Scheitholz-, Pellet- oder Hackschnitzel-Kesseln. Auch wenn Holz-Stirling-Geräte technisch umgesetzt werden können, sind bereits mehrere Hersteller an ihrer Entwicklung gescheitert. Denn die größte Herausforderung besteht darin, ein wirtschaftlich lauffähiges Gerät zu produzieren.

Neben den Produktionsschwierigkeiten ist auch die niedrige Nachfrage nach Biomasse-Stirling-Geräte ein Grund für das überschaubare Angebot am Markt.

Wann lohnt sich ein Stirling-Heizgerät im Einfamilienhaus?

Stirling-Heizgeräte kosten einiges mehr als konventionelle Brennwert-Thermen. Diese Kosten müssen sich allein durch den im Betrieb erzeugten Strom amortisieren. Ein Stirling-Heizgerät lohnt sich also immer dann, wenn die Anlage möglichst viel Strom erzeugt und der dabei bestenfalls auch selbst verbraucht wird. Das Problem dabei: Strom wird nur dann produziert, wenn auch Wärme abgegeben wird.

Wirtschaftlich sind Stirling-Heizgeräte dabei nur dann, wenn ganzjährig ein hoher Wärmebedarf für Heizung oder Warmwasser besteht. Um hohe Kosten zu vermeiden, sollte die Wirtschaftlichkeit unbedingt von einem Experten beurteilt werden.