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Teillast

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

30.01.2022

Letztes Update

30.01.2022

So arbeiten Anlagen und Maschinen unter Teillast

Inhalt des Wiki-Artikels

Anlagen und Maschinen können in Volllast oder in Teillast betrieben werden. Im Vollastbetrieb arbeiten sie mit der maximal möglichen Leistung. Läuft die Maschine nicht mit maximaler Leistung, dann ist sie im Teillastbetrieb. Abhängig von der Art der Anlage weichen Energieeffizienz und andere Parameter im Teillast- von den Werten im Vollastbetrieb ab.

Maschinen und Anlagen im Teillastbetrieb

Oft ist der Volllastbetrieb von Maschinen und Anlagen energieeffizienter als der Betrieb in Teillast, aber das ist nicht immer der Fall. Energieeffizienter heißt, der Wirkungsgrad ist höher. Grundsätzlich gilt, dass Anlagen auf Volllast optimiert sind, manche arbeiten im Teillastbetrieb dennoch effizienter. Bei Kraftwerken ist der Wirkungsgrad unter Teillast oft deutlich reduziert. Zu den Anlagen und Maschinen, die im Teillastbetrieb teils effizienter sind als unter Volllast, gehören:

  • Motoren
  • Lüftungsanlagen
  • Heizungsumwälz- und Wärmepumpen
  • Stromnetze

Motoren unter Teillast

Bei einem Verbrennungsmotor, der zum Beispiel in einem Auto verbaut ist, ändert sich der Wirkungsgrad unter Teillast. Im mittleren Teillastbereich erreichen Verbrennungsmotoren höhere Wirkungsgrade als unter Volllast. Der Motor eines Autos befindet sich im energieeffizienten mittleren Teillastbetrieb, wenn es bei mittleren Drehzahlen und hohem Drehmoment gefahren wird. Im unteren Teillastbereich sinkt der Wirkungsgrad bei Verbrennungsmotoren allerdings stark. Auch im Leerlauf ist der Energieverbrauch hoch.

Anders sieht es beim E-Auto aus. Elektromotoren laufen prinzipiell unter Teillast recht energieeffizient. Motoren auf dem aktuellen Stand der Technik sind besonders effizient unter Teillast, während ältere Modelle oft noch deutlich mehr Energie verbrauchen. Hinsichtlich ihrer Effizienz unter Teillast sind Generatoren mit einem Elektromotor fürs Auto vergleichbar.

Lüften und Heizen im Teillastbetrieb

Lüftungsanlagen, Heizungsumwälz- und Inverter-Wärmepumpen können im Teillastbetrieb sogar effizienter als unter Volllast arbeiten. Die Voraussetzung dafür ist, dass der Teillastbetrieb über die Drehzahlregulierung des Antriebs und nicht per Taktung realisiert wird. Bei Lüftungsanlagen und Heizungsumwälzpumpen ist dies bereits Standard. Darüber hinaus gibt es Brennwertkessel mit modulierendem Brenner, die unter Teillast effizienter arbeiten als getaktete Heizungen.

Volllast und Teillast im Stromsektor

Stromnetze sind unter Teillast am effizientesten, da die Energieverluste im Vergleich zum Volllastbetrieb niedriger ausfallen. Bei Kraftwerken war lange Zeit der Betrieb unter Volllast gängig. Insbesondere Atomkraftwerke sind auf den Volllastbetrieb ausgelegt, aber auch andere konventionelle Kraftwerke eignen sich nur bedingt für den Teillastbetrieb. Mit der Energiewende gehen starke Veränderungen in der Stromerzeugung einher. Zukünftig werden flexible Anlagen gebraucht, die bei Bedarf herauf- oder herunterfahren können, da die Einspeisung von Photovoltaik- und Windkraftstrom wetterabhängigen Schwankungen unterliegt. Die Stromerzeugungslagen müssen also auch in Teillast effizient sein.

Betrieb von BHKW in Teillast

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) erzeugt zugleich Strom und Wärme. Neben großen Blockheizkraftwerken gibt es auch sogenannte Nano-BHKW für Ein- und Zweifamilienhäuser. Im Betrieb sind BHKW äußerst energieeffizient, darüber hinaus wird CO2 vermieden, wenn die benötigte Energie direkt vor Ort produziert wird. BHKW sind vor allem für Häuser geeignet, die ganzjährig einen hohen Strom- und Wärmebedarf haben.

Blockheizkraftwerke können in Volllast oder in Teillast betrieben werden. Die höchsten Wirkungsgrade erreichen sie, wenn sie beinahe im Vollastbetrieb und mit einem hohen Drehmoment laufen. Mit zunehmenden Anforderungen an die Flexibilität bei der Stromerzeugung gehen nun aber viele Hersteller dazu über, ihre BKHW auch für den Teillastbetrieb zu optimieren. Beispielsweise sind heutige Biogas-BHKW als Fremdzündungsmotoren mit Zündkerzen realisiert, die auf einen bestimmten Lastenzustand ausgelegt werden können.

Teillast bei Wärmepumpen und anderen Heizungen

Prinzipiell sind alle Heizungsarten für den Volllastbetrieb ausgelegt: Laufen sie mit voller Leistung, dann ist der Betrieb effizient. Dies betrifft Gasheizungen genauso wie Holzheizungen und Wärmepumpen. Der Heizbedarf ist allerdings von der Außentemperatur abhängig, welche im seltensten Fall der Auslegungstemperatur der Heizungsanlage entspricht. Deshalb arbeiten Heizungen entweder taktend oder auch in Teillast.

Der Betrieb von Pellet-Heizungen und Heizkesseln unter Teillast ist gewöhnlich weniger effizient als der Volllastbetrieb. Ihr Wirkungsgrad ist im Teillastbetrieb oft niedriger, der Verbrauch steigt und es werden mehr Emissionen verursacht. Manche Heizungsanlagen können nicht einmal in Teillast laufen, ihr Betrieb ist getaktet: Sie arbeiten entweder unter Volllast oder schalten ab. Häufiges An- und Abschalten der Heizungsanlage ist die Folge, Ölheizungen kommen im Durchschnitt auf rund 20 000 Starts pro Jahr.

Es gibt allerdings auch moderne Heizungsanlagen, die effizient unter Teillast arbeiten. Möglich ist dies durch die sogenannte Modulation, der stufenlosen Regulierung der Brennerleistung. Moderne Gasbrenner, die auf einen modulierenden Betrieb ausgelegt sind, laufen in allen Lastbereichen effizient, da sich der Brenner optimal regeln lässt.

Ob eine Wärmepumpe auch unter Teillast laufen kann, kommt auf die Art an. Viele Wärmepumpen arbeiten nur unter Volllast, sie sind getaktet und schalten ab, wenn der Wärmebedarf gedeckt ist. Sowohl bei Wärmepumpen als auch bei anderen ausschließlich unter Volllast laufenden Heizungen ist oft ein Pufferspeicher integriert, der überschüssig produzierte Wärme speichert. Dadurch muss die Heizung nicht ganz so oft ab- und wieder anschalten.

Inverter-Wärmepumpen sind für einen modulierenden Betrieb konzipiert. Sie arbeiten auch unter Teillast effizient. Der integrierte Inverter wandelt zunächst Wechselstrom in Gleichstrom um und diesen dann in Wechselstrom, dessen Frequenz zwischen 30 und 90 Hertz variiert. Die Höhe der Frequenz beeinflusst die Drehzahl des Kompressors und somit auch die Leistung der Wärmepumpe. Bei fachgerechter Planung erreichen sie auch unter Teillast eine hohe Effizienz.

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