Wie kann man mit Wasser als Speicher die Hitze des Sommers in den Winter retten?

Question

260 m² Dachfläche; Dachneigung 50°, genügend Raum für Anlagen und Speicher einschließlich deren Wärmeisolierung vorhanden; Wohnfläche 300 m²

Answer 1

Hallo Herr Nussbush,

die beiden bereits vorhandenen Antworten sind eine Denkrichtung für Einzelprojekte, die aber auch in größeren Anwendungen Wirkung finden können. Ihre Wohnfläche deutet auf ein größeres Anwesen hin, da könnte man die evtl. dazugehörige Freifläche auch nutzen? Sie sind nicht alleine, Sie haben Nachbarn?
Es muss die Energie für eine Gebäudeheizung nicht im Keller gelagert werden. Werden mehrere Einheiten zusammengeschlossen, könnte ein zentraler Speicher die Winterlücke schließen. Dadurch werden weitere Techniken möglich, so z.B. ein Erdsondenspeicher (Die Erdsonden erwärmen das Erdreich), dieser ist in Preis und Leistung der billigste, sein Lade- und Entladeverhalten ist sehr träge. Die Stadt Crailsheim versorgt so eine ganze Siedlung. Etwas flotter in den Reaktionen sind Muldenspeicher (Großer Teich wird erwärmt). Hier sind auch ´gute Preis/Leistungen verwirklichbar.  Zentralspeicher sind auch große betonierte und isolierte Silos mit Schwimmdeckel, z.B. System Cupasol, hier gibt es auch bereits viele Anlagen.
Mein Gedanke: je größer die Speicher gebaut werden, desto besser wird das Verhältnis Speichervolumen/Energieverlust.

Je größer die Speicher gebaut werden, desto günstiger wird die einzelne gespeicherte kWh.

Da es bereits für Fernwärme/Nahwärme fertige isolierte Leitungen gibt, ist das Verteilen der Wärme vom Zentralspeicher aus kein Problem und immer noch billiger als viele Einzelspeicher in vielen Einzelanwesen.

Viel Spaß beim Planen

Hufnagel

Comments

Hallo Herr Nussbusch,
ich kann Herrn Hufnagel nur zustimmen. Wenn es sich um größere Dimeennsionen dreht gibt es interessante Lösungen. Ich habe selbst vor einiger Zeit das Projekt Solarsiedlung Wiggenhausen ( Friedrichshafen am Bodensee ) besichtigt und war ganz angetan. Einfach mal in google suchen, dort gibt es jede Menge Infos.

Answer 2

Hallo Jörn Nussbusch,

ein schweizer Solarpionier hat eine mögliche Lösung mit Langzeit-Pufferspeichern. Allerdings kommt  es darauf an, wie gut gedämmt das Gebäude ist. Nur wenn ein sehr geringer Wärmebedarf vorhanden ist wird es eine wirtschaftlich tragbare Lösung geben. Ich hoffe mittelfristig auf eine Speicherung der Wärmeenergie mittels Latentwärme-Speicher. Da bei diesen Speicher der Wechsel des Agrregatzustandes eines Stoffes genutz wird entstehen deutlich weniger Energieverluste. Hier einige interessante Infos zum  System von Jenny-Solar in der Schweiz:

http://www.jenni.ch/

Es gibt auch in Deutschland bereits einige Referenz-Objekte die besichtigt werden können.

Answer 3

Mit Warmwasserspeichern. Allerdings darf der prozentuale Wärmeverlust des genutzten Speichers auch bei einer Speicherdauer von mehreren Monaten nicht sehr groß sein. Um dies zu erreichen, kann an verschiedenen Stellen angesetzt werden:
1. Maximierung des Verhältnisses von Speichervolumen zu Speicheroberfläche durch Wahl eines möglichst großen Speichers mit einer möglichst kompakten Form (idealerweise eine Kugel). Die Wärmespeicherkapazität (zu messen in kWh) je Grad Wassertemperatur steigt proportional zum Volumen des Wasserspeichers. Die Wärmeverluste innerhalb einer bestimmten Zeit (ebenfalls zu messen in kWh) steigen je Grad Differenz zwischen Wasser- und Außentemperatur proportional zur Oberfläche. Der prozentuale Wärmeverlust in einer bestimmten Zeit (gemessen in kWh/ kWh) ist der Quotient aus diesen Wärmeverlusten und der gespeicherten Wärme (= Wärmekapazität bei einem voll geladenen Speicher). Für eine bestimmte Zeit mit einem bestimmten Speicherumgebungstemperaturverlauf und festgelegter Speicheranfangstemperatur ist der prozentuale Wärmeverlust also proportional zum Verhältnis von Speicheroberfläche zu Speichervolumen (gemessen in 1/m). Er ist folglich umso kleiner, je größer und je kompakter der Speicher ist.
2. Einbettung des Speichers in einer Umgebung mit möglichst hoher Temperatur. Dies verringert die Wärmeverluste, die proportional zur Differenz zwischen Wasser- und Speicherumgebungstemperatur sind. Solch eine Umgebung kann das Innere eines aus dem Speicher beheizten Gebäudes sein. Dann treten gar keine Wärmeverluste mehr auf, da die durch die Dämmung des Speichers austretende Wärme das sowieso zu heizende Gebäude erwärmt - gegebenenfalls nicht genau im richtigen Moment, doch dies kann bei sehr gut gedämmten Gebäuden vernachlässigt werden. Bei sehr großen Speichern ist die Einbettung in den Erdboden vorteilhaft, da dieser im Winter im Mittel deutlich wärmer als die Außenluft ist.
3. Möglichst geringe Wassertemperatur. Dies verringert ebenfalls die Wärmeverluste durch Verringerung der Differenz zwischen Wasser- und Speicherumgebungstemperatur. Eine geringe Wassertemperatur kann gewählt werden, wenn die gespeicherte Wärme zur Raumerwärmung von Niedrigenergiegebäuden verwendet wird, die nur eine sehr geringe Heizleistung benötigen.
4. Möglichst gute Dämmung des Speichers. Diese ist teuer. Bei sehr großen Erdbodenspeichern kann auf eine Dämmung aber verzichtet werden, da die damit umgesetzten Maßnahmen (1) und (2), gegebenenfalls ergänzt durch (3) die prozentualen Wärmeverluste bereits sehr stark reduzieren.

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Zitiert: "3. Möglichst geringe Wassertemperatur. Dies verringert ebenfalls die Wärmeverluste durch Verringerung der Differenz zwischen Wasser- und Speicherumgebungstemperatur. Eine geringe Wassertemperatur kann gewählt werden, wenn die gespeicherte Wärme zur Raumerwärmung von Niedrigenergiegebäuden verwendet wird, die nur eine sehr geringe Heizleistung benötigen."

Eine interessante Variante dazu ist der Eispeicher, er sammelt alle Energie über 0°C. Siehe:

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Sehr geehrter Herr Gnirß, sie irren in der Aussage, wenngleich ihr Hinweis grundsätzlich wertvoll ist. Eisspeicher eignen sich zwar im Zusammenhang mit Kühlungsanwendungen, nicht aber Raumerwärmung. Um letztes geht es aber zuvorderst, wenn von "Hitze des Sommers in den Winter retten" die Rede ist. Näheres habe ich in meinem Beitrag zu der Frage "Was sind und wozu dienen Latentwärme-/ Eisspeicher ?" ausgeführt. Mit sonnigen Grüßen, M. Stöhr

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Sehr geehrter Herr Stöhr, mit Hilfe von Wärmepumpen ist das sehr wohl möglich. In dem Filmbeitrag oben ist das doch sehr schön dargestellt. Siehe auch meine Antwort in Ihrem Beitrag http://experts.top50-solar.de/5667/was-sind-und-wozu-dienen-latentw%C3%A4rme-eisspeicher
und hier:
http://experts.top50-solar.de/4837/solarthermie-mit-eisspeicher-wie-funktioniert-das?show=4837#q4837
Gruß
Martin Werner

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Sehr geehrter Herr Werner, möglich ja, ob in vielen Fällen sinnvoll, bezweifele ich nach erstem Hinschauen noch. Die Lösung ist meines Erachtens eher bei einer gekoppelten Wärme-/Kältebereitsstellung zu empfehlen, ansonsten nur in wenigen Fällen, in denen zum Beispiel Erdsonden nicht verlegt werden können, über die die Wärmepumpe viel effizienter Wärme bereitstellen könnte. Für die Lösung spricht sicher die Möglichkeit eine solarthermische Anlage ganzjährig effizienter nutzen zu können. Insgesamt eine Situation, die sich nicht so leicht mit einer Überschlagsrechnung mal eben überreissen lässt. Mit sonnigen Grüßen, Michael Stöhr

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Hallo die Herren, entscheidend ist bei diesen Konzepten mit Wärmenpumpen wohl die Arbeitszahl (oder wie das Ding genau heisst). Bei Erdsonden müsste diese (verglichen mit dem Eisspeicher) im Sommer ungünstiger und im Winter günstiger sein (schwierige Rechnung). Aber ich denke die mögliche Klimatisierung im Sommer müsste bei unseren Freunden im Süden ein recht attraktiver Anreiz für das Eisspeicher-Konzept sein, mit riesigen Energieeinsparpotenzialen im Vergleich zu sonstigen Klimaanlagen (ggf. bringt Verdunstungskühlung da sogar richtige Wunder zustande (7fach im Vergleich zu Latentwärme am Gefrierpunkt).
Liebe Grüße BG

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Ach so, Herr Stöhr, sie müssen mir nochmal erklären warum sich mit dem Eisspeicher nicht heizen liesse, es gibt sogar System, die im Einsatz sind. Und jegliche Isolierung entfällt, weil bei diesem Arbeitspunkt der Wärmepumpe (0 Grad) ständig Wärme aus dem Erdreich zuströmt.

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Klar, es geht. Die Frage ist, in welchen Situationen es sinnvoll ist.

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Der Eisspeicher ist sicherlich in mehr Situationen sinnvoll, wenn er auch zur Kühlung im Sommer eingesetzt wird, als nur zur Wärmebereitstellung im Winter. Um letztes geht es aber unter der oben genannten Frage.
Erdreich hat üblicherweise ganzjährige eine Temperatur über 0°C. Eine Wärmepumpe kann also dem Erdreich effizienter Wärme entziehen als einem Eisspeicher. Der Eisspeicher kann dennoch sinnvoll sein, zum Beispiel, wenn nicht hinreichend Platz für Erdsonden vorhanden ist, oder wenn im Erdreich nicht hinreichend schnell Wärme in den Bereich nachströmen kann, in dem sich die Erdsonden befinden.

Answer 4

Ob überschüssige Wärme aus Solarthermie oder überschüssiger Solarstrom aus Photovoltaikanlagen: die saisonale Speicherung erfolgt nur in Ausnahmefällen in Wasserspeichern. Viel eher funktioniert die Zwischenspeicherung von Energie in Form von eingesparten Brennstoffen. So ein Energiespeicher muss nicht viel kosten:

Vorteil der Solarthermie ist, dass die für die höchste Heizwärmelast im Winter vorzuhaltende Technik viel weniger kapitalintensiv ist, als Spitzenlastkraftwerke, die bei der Kombination von PV & Wärmepumpe einspringen müssen.

In beiden Fällen - PV und ST - lohnt sich aber ein einigermaßen großer Heizwasserspeicher. Bei der Solarthermie, um eine möglichst perfekte 100% Deckungsrate bis weit in die Heizperiode zu schaffen. Und bei der Photovoltaik & Wärmepumpe, um auf einen Strombezug aus dem Netz bei "Dunkelflaute" für einige Zeit verzichten zu können.