Eisspeicher als verlustarmer. Langzeitwärmespeicher. Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeit. KEAN-Tagung Energieautarkes Wohnen

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1 Eisspeicher als verlustarmer Prof. Dr. Norbert Raschper Lehrstuhl technisches Immobilienmanagement EBZ Bochum Schleinitzstraße Braunschweig Tel. 0531/ Fax 0531/ Langzeitwärmespeicher Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeit KEAN-Tagung Energieautarkes Wohnen Hannover, 27. Mai 2016 P02/160527_KEAN_Hannover_Eisspeicher.pptx

2 Solarenergie und Wärmebedarf Solarertrag und Wärmebedarf verhalten sich reziprok Null-/Plusenergiehäuser benötigen Langzeitspeicher zwingend Vom Sommer in den Winter ist insbesondere Wärme aber auch Strom zu speichern Seite 4 von 25 Bildquelle:

3 Solare Nahwärme mit Langzeitspeicher Hannover-Kronsberg 106 Wohneinheiten mit m² Wohnfläche m² Solarkollektoren m³ Wasserspeicher zur Langzeitwärmespeicherung Solare Deckungsrate = 40 % Plan, 30% Ist, Nachheizung aus Heizzentrale Seite 5 von 25 Thermische Solarkollektoren auf Ost/West-Häusern Solarspeicher aus Beton, später als Kinderspielplatz/Kletterhügel genutzt

4 Problem der Langzeit-Warmwasserspeicher Temperatur Wasser im Speicher ca C Temperatur Erdreich ca. 10 C oder Umgebungsluft entsprechend Witterung bzw. Raumtemperatur Transmissionsverluste müssen durch Wärmedämmung massiv reduziert werden Reduzierung Temperaturniveau erhöht Speichervolumen Seite 6 von 25 Bildquelle:

5 Wärmespeicherung im Eisspeicher Energieaufnahme bei Phasenwechsel Wasser/Eis nicht linear Nutzung von Kristallisations- und Schmelzwärme (latent) Latente Wärmeaufnahme sehr groß (80-fach zu sensibler Wärme) trotz gleichbleibender Temperatur Seite 8 von 25 Quelle: Vortrag B. Schwarzfeld, Ökoplan, Energiekonferenz VNW Hamburg, 2012

6 Wärmespeicherung im Eisspeicher Seite 9 von 25 Quelle: Vortrag B. Schwarzfeld, Ökoplan, Energiekonferenz VNW Hamburg, 2012

7 Wärmespeicherung im Eisspeicher Seite 10 von 25 Quelle: Vortrag B. Schwarzfeld, Ökoplan, Energiekonferenz VNW Hamburg, 2012

8 Funktionsprinzip des Eisspeichers Seite 11 von 25 Wasser im Speicherbehälter wird im Sommer durch regenerative Energiequellen auf ca C erwärmt Im Winterbetrieb entzieht Wärmepumpe Energie mit Wasser-Glykol-Gemisch (Siedepunkt -51 C) Das Wasser gefriert kontrolliert von innen nach außen am Entzugswärmetauscher Im Sommer wird über den Regenerationswärmetauscher wieder Wärme zugeführt und das Eis schmilzt Energiegewinn durch Phasenwechsel Bildquelle:

9 Phasenwechsel im Eisspeicherbehälter Maximaler Vereisungsgrad wg. Raumpuffer ca. 85 % Perfekte Auslastung = Erreichung des max. Vereisungsgrads (März/April, Ende des Winterbetriebs, 1 Mal jährlich) Speichertemperatur schwankt zwischen -3 C und 18 C Niedrige Temperaturen verschiedener Wärmequellen nutzbar Seite 12 von 25 Bildquelle: Viessmann Eis-Energiespeicher GmbH

10 Regenerations-/ Wärmequellen Eisspeicher Flachkollektor: derzeitiger Marktanteil ca. 90%, günstig und erprobt Vakuumröhrenkollektor: teurer als Flachkollektor, Absorber in evakuierter Röhre, Wärmeverluste werden minimiert Solar-Luftabsorber: nutzt vorrangig warme Umgebungsluft, Sonne nur als Energiezugabe, besonders hoher Wirkungsgrad Fokus auf Solarenergie als am häufigsten genutzte und gut erschließbare regenerative Wärmequelle Solarkollektoren absorbieren Sonnenenergie und wandeln diese in Wärmeenergie um Seite 13 von 25 Bildquellen:

11 Eisspeicher in der Praxis Neubau der Gemeinnützigen Wohnungs-Genossenschaft 1897 Köln rrh. eg 10 Wohnungen und eine Wohngemeinschaft mit 8 Plätzen, m² Wohnfläche Eisspeicher mit 130 m³ Fassungsvolumen Seite 16 von 25

12 Seite 17 von 25 Eisspeicher in der Praxis Investitionskosten brutto der GWG 1897 Köln rrh. eg: - Gesamtinvestition in Neubau: ca /m² MF - Davon Photovoltaikanlage (ca. 70 m²) und Wärmepumpe (8.550 kwh p.a.): ca. 60 /m² MF - Davon Steuerung Energiemanager: ca. 5,50 /m² MF - Mehrkosten Heizung zu Gaszentralheizung: ca. 100 /m² MF Solar-Luftabsorber auf dem Dach Photovoltaikanlage deckt Strombedarf der Wärmepumpe, positiver Kosteneffekt auf Betriebskosten Ausstattungsbesonderheit: 2 Lithiumspeicher zur kurzfristigen Stromspeicherung für Wärmepumpe (Diskrepanz Sonne am Tag, Anforderung WP am Abend) Quelle: Schmies, R., Vortrag Das Wohnungsunternehmen als Energieerzeuger

13 Eisspeicher in der Praxis Wärmepreis der GWG 1897 Köln rrh. eg für ihre Mieter: - Wartungskosten - Anteiliger Drittstromzukauf, Eigenstromkosten zu Null gesetzt - Energieverbrauch 30,12 kwh/m² p.a. (Effizienzhaus 55) - 6,95 ct/kwh Allgemeingültiger Benchmark für Wärme: 8 ct/kwh Wärmekosten näherungsweise gleich bei hohem Umweltstandard Seite 18 von 25 Quelle: Altmann, S., Der Eisspeicher, 2015

14 Eisspeicher in der Praxis Heizungsmodernisierung des Eisenbahnbauvereins Harburg eg 483 Wohnungen, m² MF, Gesamtinvest. ca. 200 /m² Eisspeicher mit m³ Fassungsvolumen, Solar-Luftabsorber, Mehrkosten gegenüber Gasheizung ca. 56 /m² Halbierung der Heizkosten für die Bestandsmieter Seite 19 von 25 Bildquellen:

15 Eisspeicher in der Praxis Neubau der Vivawest Wohnen GmbH in Köln 112 Wohnungen, m² Wohnfläche Eisspeicher mit m³ Fassungsvolumen, Solar-Luftabsorber Gesamtinvestition ca /m² Umlagepreis Wärmekosten 0,52 /m² monatlich Seite 20 von 25 Bildquellen:

16 Eisspeicher und Blockheizkraftwerk Wärmegeführt Bei Betrieb eines stromgeführten BHKWs entstehen Wärmeüberschüsse in Sommermonaten Nicht absetzbare Wärme kommt in Eisspeicher Stromkosten 28 ct/kwh wichtiger als Wärmekosten 8 ct/kwh Regeneration Eisspeicher durch Wärmeüberschuss BHKW bei Senkung der Stromkosten durch Eigenproduktion Seite 21 von 25

17 Wärmepreis Cent/kWh Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Wirtschaftlichkeit des Eisspeichers Masterthesis S. Altmann ,00 10,00 8,00 Gaszentral 6,00 Eisspeicher 4,00 2,00 0,00 t1 t3 t5 t7 t9 t11 t13 t15 Betrachtungszeitpunkte Eisspeicher selbstproduzierter Strom Vollkostenberechnung inkl. Abschreibung und Betrieb, dynamische Investitionsrechnung Wärmepreis Eisspeicher etwas teurer als Gas deutlich bessere Ökobilanz und Förderung Eigenproduktion Strom für Wärmepumpe im Eisspeicher macht Wärme sehr günstig Seite 22 von 25

18 Fazit Langzeitwärmespeicherung ist in Zukunft unabdingbar Eisspeicher bietet Möglichkeit der verlustarmen und effizienten Langzeitspeicherung von Wärme Überschusswärme im Sommer aus zahlreichen Quellen Wirtschaftlichkeit über kluge technologische Einbettung (z.b. Eigenstromproduktion, stromgeführte BHKW) Es fehlt an Praxiserfahrungen rund um den Eisspeicher Seite 23 von 25

19 Vielen Dank für Ihr Interesse! Prof. Dr. N. Raschper Geschäftsführer Tel iwb Entwicklungsgesellschaft mbh Schleinitzstraße Braunschweig Seite 24 von 25