Wärme, die aus der Kälte kommt Sonne, Erde, Lu6 und Wärmepumpe Eisspeicher als Primärquellenpuffer

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1 Wärme, die aus der Kälte kommt Sonne, Erde, Lu6 und Wärmepumpe Eisspeicher als Primärquellenpuffer Energie- Technik Plamenig Isocal Generalvertretung Schweiz & Liechtenstein Stöckackerstr Münchenstein

2 Isocal HeizKühlsysteme GmbH Beginn der innovadven und konstrukdven Entwicklung des SolarEis- Speichers in Verbindung mit einer gasbetriebenen Wärmepumpe Entwicklung eines geräuschlosen Dachabsorbers als muldfunkdonale Wärmequelle und Wärme- senke; Patent auf das System der Wärmetauscher- anordnung beim SolarEis- Speicher 2008 FerDgstellung aller Komponenten Namensschutz für "isocal" und "SolarEis 2009 Entwicklung der Steuerungstechnik; Aufnahme Projektgeschä] SEi; DefiniDon und Entwicklung Standardprodukt SE Generalvertretung Schweiz & Liechtenstein Serienreife SE 12 KooperaDon Viessmann/KWT Lieferprogramm SE 12 6, 8, 10 bis 20kW, Serienreife SolarLu]- Kollektor, Ausbau Projektgeschä] und Solare KlimaDsierung Groß- Projekte EBV Hamburg Tilemannhöhe, Evonik Köln- Porz, Ecolab Langenfeld, D dorf Heerdt Viessmann wird Hauptgesellscha6er isocal HeizKühlsysteme GmbH Donaustraße 12 D Friedrichshafen

3 Bessere Fragen liefern bessere Antworten Wie kann man die Wärme des Sommers für den nächsten Winter nutzen - und umgekehrt? Wie kann man die Wärme des Tages für die nächste Nacht nutzen - und umgekehrt? Wie kann man die Wärme und Kälte einer Wärmepumpe gleichermaßen nutzen? Indem man Wärme und Kälte speichert!

4 Bessere Fragen liefern bessere Antworten Wie kann man die Wärme des Sommers für den nächsten Winter nutzen - und umgekehrt? Wie kann man die Wärme des Tages für die nächste Nacht nutzen - und umgekehrt? Wie kann man die Wärme und Kälte einer Wärmepumpe gleichermaßen nutzen? In der Physik gibt es nur Wärme, alles oberhalb - 273,15 C ist im physikalischen Sinne warm.

5 Während andere Speicherkonzepte Wärme auf hohem Temperaturniveau speichern, geht SolarEis einen anderen Weg: SolarEis speichert Wärme verluslrei auf niedrigem Temperaturniveau. In einem unterirdisch eingebrachten Speicher. Sicher, wirtscha6lich und umwelireundlich.

6 Fünf regeneralve Energiequellen im oplmalen Zusammenspiel

7 Komponenten des SolarEis- Systems

8 SolarLu]- Kollektor SolarLu6- Kollektor Er nimmt die Wärme der Sonne und der erwärmten Umgebungslu] auf - auch bei Bewölkung oder diffuser Strahlung. Sein Energieertrag ist somit höher als der klassischer Solaranlagen. Überschüsse im Sommer werden im SolarEis- Speicher eingelagert.

9 OpLmale Nutzung von Solarer Energie und Umgebungswärme Während der SolarLu]- Kollektor in der Horizontalen die Solare Energie aufnimmt, bietet der Kollektor in der VerDkalen eine große Fläche zur Aufnahme der in der Umgebungslu] enthaltenen Energie auch dann, wenn die Sonne nicht scheint.

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16 SolarLu]- Kollektor SolarEis- Speicher unterhalb Frostgrenze (ca. 1 m) SolarEis- Speicher In der warmen Jahreszeit werden hier überschüssige Sonnenenergie und Wärme aus der Umgebungslu] auf niedrigem Temperaturniveau gespeichert. Die umgebende Erdwärme ermöglicht die Speicherung über längere Zeit und ohne Isolierung. Mit Beginn der kalten Jahreszeit wird die Wärme dem Speicher entzogen und über die Wärmepumpe dem Warmwasserspeicher und dem Heizsystem zugeführt. Beim kontrollierten Phasenübergang von Wasser zu Eis werden große Mengen an KristallisaDonsenergie freigesetzt. Das Eis steht nun zur kostenlosen Kühlung zur Verfügung.

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22 SolarLu]- Kollektor SolarEis- Speicher unterhalb Frostgrenze (ca. 1 m) Sole/Wasser- Wärmepumpe elektronisches ExpansionsvenDl soleseidg bis - 10 C Vorlau]emperatur Wärmepumpe Sie entzieht dem unterirdischen SolarEis- Speicher Wärme und führt sie dem Warmwasserspeicher und dem Heizsystem zu. GleichzeiDg versorgt sie die Räume mit Wärme.

23 SolarLu]- Kollektor Steuerung Energiequellenmanagement SolarEis- Speicher unterhalb Frostgrenze (ca. 1 m) Sole/Wasser- Wärmepumpe elektronisches ExpansionsvenDl soleseidg bis - 10 C Vorlau]emperatur SolarEis- Steuerung Sie dirigiert das Gesamtsystem und entscheidet, wann der SolarLu]- Kollektor Wärme in den SolarEis- Speicher einspeist oder ob die zur Verfügung stehende Energie direkt über die Wärmepumpe an das Gebäude abgegeben werden soll.

24 SolarEis - Heizen mit Eis Das SolarEis- System strebt eine hohe Primärquellentemperatur an, diese wird durch das ständige Laden des Speichers mit Erdwärme, Umgebungswärme und solarer Energie gewährleistet. Die KristallisaDonswärme wird nur in folgenden Fällen genutzt: Die regeneradven Wärmemengen aus Erde, Lu] und Sonne reichen nicht aus und das System muss seine Reserven nutzen. Das beim Phasenwechsel entstehende Eis soll später zur Kühlung genutzt werden.

25 Intelligentes Wärmequellenmanagement macht den Unterschied 55 Heizsystemtemperatur in C Mehr als 65 % des Jahresenergie- bedarfs werden durch Umgebungs- wärme und solare Energie über das Wärmequellenmanagement direkt abgedeckt. 7 % 22 % 35 % 21 % 9 % 6 % erforderliche Heizleistung in kw Außentemperatur in C Heizleistung Vorlau6emperatur

26 Wärmeentzug durch patenlertes Verfahren Eis ist ein guter Isolator und verhindert bei zunehmender Dicke den weiteren Entzug von Wärme. Entgegen Plawenwärmetauschern mit konstanter Oberfläche bildet sich um das Wärmetauscherrohr ein Eiszylinder, der somit die Oberfläche vergrößert. Die größere Oberfläche gleicht den schlechteren Wärmedurchgang des Eises aus und stellt den konstanten Wärmeentzug sicher.

27 0 C Wasser und 0 C Eis. EnergeLsch ein Unterschied wie Tag und Nacht

28 SolarEis Leistungsprofil SE 12

29 InvesLLons- und Betriebskosten in 15 Jahren Ölbrennwertkessel Gasbrennwertkessel Pelletsheizung Luft-Wärmepumpe Sole-WP Erdsonde Sole-WP Eisspeicher Invest Heizung Betriebskosten Heizen 15 Jahre

30 InvesLLons- und Betriebskosten in 15 Jahren Ölbrennwertkessel Gasbrennwertkessel Pelletsheizung Luft-Wärmepumpe Sole-WP Erdsonde Sole-WP Eisspeicher Invest Heizung Invest Kühlung Betriebskosten Heizen 15 Jahre Betriebskosten Kühlung 15 Jahre

31 Kostenbeispiel UMBAU / SANIERUNG Projekt Maisprach, BL - Komplewe Heizungssanierung, Gebäude (1912) steht unter Denkmalschutz SE kW Heizlast, 3 SLK- F, SolarEis Steuereinheit XL

32 Kostenbeispiel UMBAU / SANIERUNG SolarEis SolarEis System 10kW, inkl. SLK- F, Steuereinheit XL Anschluss SolarEis- Speicher, SLK- F an WP Elektrische Arbeiten WP & SolarEis- System CHF Zwischentotal SolarEis CHF Wärmeerzeugung TWW / BWW Wärmeverteilung Durchbruch Gartenarbeiten / Aushub TOTAL SubvenLon Amt für Umwelt & Energie BL TOTAL CHF CHF

33 Kostenbeispiel UMBAU / SANIERUNG Erdsonde Erdsonden & Zubehör CHF Zwischentotal Erdsonde CHF Wärmeerzeugung Wärmeverteilung, inkl. Elektrische Arbeiten, Transport & Montage TOTAL TOTAL SolarEis Differenz SolarEis VS Erdsonde im UMBAU CHF CHF

34 Kostenbeispiel UMBAU / SANIERUNG SolarEis SolarEis System 10kW, inkl. SLK- F, Steuereinheit XL Anschluss SolarEis- Speicher, SLK- F an WP Gartenarbeiten / Aushub CHF TOTAL SubvenLon Amt für Umwelt & Energie BL TOTAL SolarEis Erdsonde Erdsonden & Zubehör CHF CHF CHF TOTAL Gleicher Preis der beiden Systeme im UMBAU / SANIERUNG Bereich

35 Kostenbeispiel NEUBAU SolarEis SolarEis System 10kW, inkl. SLK- F, Steuereinheit XL Anschluss SolarEis- Speicher, SLK- F an WP CHF TOTAL SubvenLon Amt für Umwelt & Energie BL TOTAL SolarEis Erdsonde Erdsonden & Zubehör CHF CHF CHF TOTAL SolarEis System CHF günslger im NEUBAU

36 EinsparpotenDal Bsp. an Hand 10 kw SolarEis System ausgelegt auf Betriebsstunden der WP kwh / Jahr kg Heizöl Liter Kosten vor Einsatz SolarEis CHF / Jahr Nach Einsatz einer Wärmepumpe (JAZ 4.0) kwh / Jahr Antriebsenergie WP 450 CHF Nach Einsatz einer WP in Komb. mit SolarEis- System (JAZ 5.0) kwh / Jahr Antriebsenergie WP 360 CHF

37 EinsparpotenDal Bsp. an Hand 10 kw SolarEis System ausgelegt auf Betriebsstunden der WP Einsparung pro Jahr: CHF

38 Energiekostenentwicklung "PrognosLzierte Preisentwicklung Heizöl" "PrognosDzierte Preisentwicklung Heizöl"

39 SE- 12 zu SEi SolarEis SE- 12 Paket- Lösung für Heizlasten von 6, 8, 10 kw mit einem SolarEis Speicher und 12, 14, 16, 18 und 20 kw Heizlast mit 2 SolarEis Speichern geschalten in Kaskade Lieferumfang: SolarEis Speicher 12m3, SolarLu]- Kollektoren S, SolarEis- Steuereinheit L / XL Einsatzbereiche: EFH / MFH Voraussetzung: Sole/Wasser Wärmepumpe Ausgelegt auf Betriebsstunden der WP SolarEis SEi Für Heizlasten grösser als 20 kw Betonspeicher wird bauseidg vor Ort gebaut SolarEis Speicher kann mit diversen anderen Systemen kombiniert werden Lieferumfang: nach Kundenwunsch individuell Einsatzbereiche: Industrie, Gewerbe, Hotels, Spitäler, nahe Kaltewärmeverbundsnetze Nach Kundenwunsch konfigurierbar

40 SolarEis im Stadtarchiv Stumgart

41 SolarEis im Stadtarchiv Stumgart Wasserschutzgebiet Hohe Anforderungen an Wirtscha]- lichkeit, Umweltverträglichkeit und Sicherheit 2 Gasbrennwertkessel mit 250 und 300 kw Leistung 4 GasabsorpDonswärmepumpen mit je 40 kw Speichervolumen Liter

42 InvesLLons- und Betriebskosten Gewerbeobjekt Neubau, gewerbliche Nutzung (50 W/qm), miwleres Klima, Vollbenutzungsstunden, benödgte Jahresheizenergie 80 kw, kwh Speichervolumen: 409 m3 Kosten für Wärmetauscher: ca Euro / Fr. Kosten für RegeneraDon: ca Euro / Fr. Kosten für Speicher: ca Euro / Fr. Jährliche Heizkosten: ca Euro / Fr. Q_Erde Au]eilung der Entzugsenergie Q_Fremdwärme Q_amb (Sonne+Lu]) 6% 11% 46% Kostenlos zur Verfügung stehende Kühlleistung: kwh/a Diese Kühlleistung muss in anderen System für Euro / Fr. eingekau] werden (zzgl. Aggregate) Q_latent 28% 9% Q_sens (25/0)

43 Aktuelle Projekte Klimaschutzsiedlung Köln-Porz

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45 Die Zukun6 Nah- Kaltwärmenetze mit SolarEis- Primärenergiespeicher

46 Lage Ihrer Gemeinde

47 Das Nahwärmenetz mit SolarEis- Primärenergiespeicher an einem Projektbeispiel

48 Das Versorgungsprinzip Anbindung an das Nahwärmenetz (Eisspeicher)

49 Das Leitungssystem die Verlegung

50 Das Leitungssystem die Qualität Entscheidende Preistreiber bei der Fernwärmeversorgung sind die hohen Kosten für die Leitungsrohre, z.b.: PE100 Wasserrohr ca. 40 /m DN 200 vs. Kunststoffmantelrohr isoliert für Fernwärmeleitungen ca. 220 /m DN 200. Faserverbundrohre Hinzu kommt der durch den Transport entstehende Wärmeverlust, der laut AGFW bei bundesweit durch- schniwlich 12% liegt. PE-HD 100 Rohre und Formteile

51 Das Versorgungsprinzip Umgebungstemperatur Erdreich Sommer = +13 C Winter = + 3 C durch angepasste Systemtemperaturen kein Wärmeverlust der Transportleitung Winterbetrieb Wärmegewinn durch Temperatur- Unterschied zwischen Erdreich und Medium

52 Das Versorgungsprinzip Einspeisung von Stromüberkapazitäten aus: Kra]werk Wasserkra] Photovoltaik Windkra]

53 Das Versorgungsprinzip Der grundsätzliche Vorteil bei dem Transport der Wärme auf einem niedrigerem Temperaturniveau als dem der Umgebung ist, dass auf dem Weg zum Energieverbraucher zusätzliche Wärmegewinne ent- stehen. Das Kaltwärmenetz übernimmt damit die FunkDon eines Erdkollektors. Entscheidend für diese Überlegung sind die Temperatur im Boden und die der Transportleitung. Wärme strömt immer von dem System niedrigerer Temperatur zu dem System höherer Temperatur.

54 Das Versorgungsprinzip

55 Leistungsbereich der Wärmepumpe

56 Zusammenfassung Das vorliegende Konzept, zeigt die Machbarkeit eines Primärspeichersystems mit hieran angebundener Versorgung der Liegenscha]en, über ein kaltgehendes Nahwärmenetz. Das vorgestellte System stellt eine AlternaDve zu den bisher bekannten, warmgehenden Nahwärmenetzen dar. Bedingt durch die niedrigen Systemtemperaturen können lokale Wärmequellen erschlossen und in das System eingebunden werden. Abwärme auf niedrigem Temperaturniveau kann nutzbar gemacht werden und in das System eingebunden werden (Abwasser). Ziel ist ein Wärmetransport auf einem niedrigen Temperaturniveau. Die im Erdreich verlegten Rohrleitungen sind nicht isoliert und können über das Erdreich im Jahresdurchschniw Wärmegewinne erzielen.

57 Zusammenfassung Das Kaltwärmenetz stellt eine Form des Erdkollektors dar. Dezentral installierte Wärmepumpen erzeugen die gewünschten Temperaturen für die Wärme- und Warmwasserversorgung, in den angeschlossenen Gebäuden. Das Kaltwärmenetz dient hierbei als Wärmquelle und stellt die Primärenergie zur Verfügung. Jeder Nutzer hat aufgrund seiner GebäudecharakterisDk, die Möglichkeit den Energiebezug und die notwendige Heiztemperatur selbst zu besdmmen. Der Nutzer hat die Möglichkeit, vorhandene Wärmequellen z.b. Solarkollektoren mit dem Wärmpumpensystem effizient zu verknüpfen.

58 Zusammenfassung Die ProdukDon von Wärme und die Einspeisung kann über ein Tarifmodel vergütet werden. Hierdurch lassen sich die Primärkosten senken und der Wärmemengenpreis sinkt. Als Wärmequellen und Wärmeerzeuger lassen sich auch Stromüberkapazitäten (Smart Grid) einbinden. Abwärme aus Windenergieanlagen, Wechselrichter von PV- Anlagen, AbsorpDons- und Kompressionskältemaschine kann nutzbar gemacht werden. Das Netz ist fast beliebig erweiterbar, der örtliche Ausstoß von Schadstoffen wird deutlich gemindert.

59 Referenzen Nah- Kaltwärmenetze mit SolarEis- Primärenergiespeicher Bereits realisierte Bauvorhaben / Projekte

60 Liter Wasservolumen 19 Meter Durchmesser, 6 Meter lichte Höhe Versorgung von 466 Bestandswohnungen

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67 Wirtscha6lichkeit und NachhalLgkeit Ergebnisse

68 CO2 Vermeidung Heute to/a 336 to/a Der CO 2 - Austoß kann um 78 Prozent verringert werden ohne zusätzliche Maßnahmen an der Gebäudehülle.

69 Euro / 466 WE = Euro/WE Das entspricht den Kosten für eine Lü]ungsanlage Förderung: 50 Prozent durch die Stadt Hamburg und KfW

70 MehrgeneraLonen- Wohnen und Mehrfamilienhäuser zur Miete Etwa 50 m vom Rhein und ca. 10 km von der Kölner Innenstadt enlernt ist innerhalb einer großzügigen Parkanlage, auf einer Fläche von m² ein überschaubares WohnquarDer entstanden. 4 einzelne Baukörper 4-geschossig + Staffelgeschoss 112 Wohnungen = m² beheizte Fläche Wohnungsgrößen von 46m² bis 116m² jedes Haus hat eine Wärmepumpe jedes Haus hat Flachdach Solar-Absorber ein gemeinsamer Eisspeicher Leistung Heizen: Heizbedarf: 26,1 kw/m² Heizlast: 19,0 W/m² Jahreszahl Wärmepumpe: 5,6 CO²-Wert: 7,5 kg/m²a Solar- Eisspeicher: Länge Breite Höhe 19,00 m 14,00 m 4,50 m Volumen: 1.197,00 m³ Wärmetauscher: 9.000,00 m

71 MehrgeneraLonen- Wohnen und Mehrfamilienhäuser zur Miete

72 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Energie- Technik Plamenig Isocal Generalvertretung Schweiz & Liechtenstein Stöckackerstr Münchenstein