Eisspeicher Systeme Energetisches und ökologisches Optimum. Daniel Philippen, SPF

Transkript

1 Eisspeicher Systeme Energetisches und ökologisches Optimum Daniel Philippen, SPF

2 Fragestellungen / Thema a. Wie gross sollen Solar-Eis-Heizungen gebaut werden, um bestehende Gebäude mit Raumwärme und Warmwasser zu versorgen? b. Ist die Erstellung sehr grosser Komponenten unsinnig, wenn ihre Produktion / ihre Graue Energie mit bilanziert wird? Quelle: Isocal 2

3 Eisspeicher als alternative Wärmequelle für Wärmepumpen System-Jahresarbeitszahl: = ä ä Elektrizität Wärme pumpe Solarkollektoren A) B) C) Aussenluft Erdwärme Eisspeicher Eisspeicher 3

4 Untersuchtes Solar-Eis-System Raumheizung Warmwasser Solarkollektoren gross Komponenten klein % verglast Kollektor unverglast Wärmepumpe Kombi-Speicher Eisspeicher EKZ H-WW : 75 kwh/(m 2 a) % Sonnenkollektoren sind einzige Wärmequelle der Wärmepumpe (direkt oder via Eisspeicher). Falls Wärmequellen nicht ausreichen: elektrische Heizstäbe als Backup. 4

5 Beispiele für «kleine» Solar-Eis-Systeme mit 100% solarer Quelle Einfamilienhaus mit 10 MWh Wärmebedarf (EKZ H-WW 75, Klima Zürich): Eisspeicher-Kennzahl (m 3 / MWh Wärmebedarf) Kleinste Komponentengrössen ohne Backup: Systeme mit unverglasten Kollektoren Systeme mit verglasten Kollektoren Kollektorfeld-Kennzahl (m 2 / MWh Wärmebedarf) Beispiele für Systeme mit unverglasten Kollektoren: 30 m 2 und 13 m 3 20 m 2 und 23 m 3 Beispiele für Systeme mit verglasten Kollektoren: 30 m 2 und 18 m 3 20 m 2 und 28 m 3 JAZ Sys mit verglasten Kollektoren rund 20% höher 5

6 Unverglaste Kollektoren und Eisspeicher: Einfluss auf JAZ Sys System-JAZ Stromverbrauch Backup Systeme mit unverglasten (selektiven) Kollektoren: JAZ Sys : kaum Anstieg oberhalb ca. 5 wenn Komponenten weiter vergrössert (Klima Zürich). «Sättigung» der JAZ Sys wird mit Wegfall des Backups erreicht. 6

7 Verglaste Kollektoren und Eisspeicher: Einfluss auf JAZ Sys System-JAZ Stromverbrauch Backup Systeme mit verglasten Kollektoren: JAZ Sys : keine «Sättigung» nach Wegfall des Backups. Energetisches Optimum (bezüglich JAZ Sys ) bei sehr grossen Systemen. 7

8 Betrachtung der Solar-Eis-Heizungen mit Ökobilanzen Ökobilanz: Bewertung der Umweltwirkungen «von der Wiege bis zur Bahre» Bau Betrieb (Stromverbrauch / Ersatz) Entsorgung Indikatoren zur Bewertung: Primärenergie (Nicht-erneuerbarer Kumulierter Energieaufwand, CED nre ) Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) Untersuchungsgegenstand (Funktionelle Einheit): 1 MJ Nutzenergie (= Wärme), welche an das Gebäude abgegeben wird 8

9 Typische Verteilung der Umweltwirkungen je Strom-Mix System mit 20 m 2 verglasten Kollektoren und 30 m 3 Eisspeicher: Betrieb: dominant (v.a. Stromverbrauch) bis auf GWP für CH-Strommix. Infrastruktur: Speicher (v.a. Hülle) und Kollektorfeld mit grösster Umweltwirkung. 9

10 Einfluss der Systemgrösse auf die Umweltwirkungen Systeme mit verglasten Kollektoren (Ergebnisse für ENTSO-E Mix): Umweltwirkungen erreichen Minimum mit Wegfall von Strom-Backup. Mit unverglasten Kollektoren: «schneller» reduziert, aber Minimum liegt höher. Mit Schweizer Strommix steigt GWP wieder an. 10

11 Umweltwirkungen im Vergleich System mit 20 m 2 verglasten Kollektoren und 30 m 3 Eisspeicher (kein Backup-Strom): (Ergebnisse für ENTSO-E Mix) Solar-Eis-System schneidet besser ab Änderung des Strommix und Einsatz von Backup haben starken Einfluss auf den Vergleich! 11

12 Zusammenfassung Optimale Grösse von Solar-Eis-Heizungen (in der Art wie untersucht) ist erreicht, wenn sie knapp keine Backup-Heizung benötigen Solar-Eis-Heizungen mit verglasten Kollektoren: Weitergehende Vergrösserung vermeiden: lässt zwar JAZ Sys stark ansteigen hat aber keine Verbesserung der Ökobilanz zur Folge. Solar-Eis-Heizungen mit unverglasten Kollektoren: Auch hier weitergehende Vergrösserung vermeiden (JAZ Sys & Ökobilanz). Schon mit kleineren Komponenten «monovalent», aber kleinere JAZ Sys. Empfehlung zur Anlagenauslegung: «monovalente» Solar-Eis-Heizung mit Backup-Heizung für kalte / strahlungsarme Jahre. Wärmepumpe sollte mit Vorteil auch mit sehr niedrigen (< -10 C) Quelltemperaturen laufen können. Solar-Eis-Heizungen sind flexibel: Kollektorfeldgrösse und Eisspeicher- Volumen lassen sich an örtliche Gegebenheiten anpassen. 12

13 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Schlussbericht High-Ice (auf Englisch): Das Projekt «High-Ice» wurde finanziert durch: 13