Sonntag, 20. Februar 2011

Heizung mit 100% Solarenergie?

Ein Sonnenkollektor liefert im Sommer erheblich viel mehr Energie, als man für Warmwasser und Heizung benötigt. Im Winter liefert er jedoch nur einen winzigen Bruchteil der benötigten Warmwasser- und Heizungsenergie.

Es wäre daher naheliegend, die Wärmeenergie im Sommer in Wassertanks für den Winter zu speichern.

Mein Haus hat ein Jahreswärmeenergiebedarf von 1600 m3 Gas, d.h. 17'000 KWH, d.h. 61.200 MJ (Mega Joule). Wieviel Wasser benötige ich, um diese Energiemenge zu speichern?

Variante 1: Wärmeisolierten Wassertank im Sommer aufheizen

Der Sonnenkollektor kann dass Wasser auf ca. 80 Grad aufheizen. Mit einer Wärmepumpe kann man die Energie bis 5 Grad herausziehen. D.h. 75 Kelvin Differenz.
Pro Kelvin speichert 1 m3 Wasser 4.2 MJ.
Daraus ergibt sich eine benötigte Energiemenge von 194 m3.
D.h. grob eine Größe von 10*10*2 Metern, d.h. es verschlingt den ganzen Keller.

Variante 2: Wassertank im Garten vergraben und im Winter einfrieren um die Schmelzenergie zu entziehen

Die Idee stammt aus einem Beitrag der Sendung Galileo.
Die Schmelzwärme von einem m3 Eis beträgt rund 334 MJ.
Zusätzlich kann man die Wärmeenergie des Wassers nutzen. Bei einem Tank im Erdreich kann man eine Temperaturdifferenz von 20 Grad bis 0 Grad nutzen. D.h. 20 Kelvin mit 84 MJ pro m3.
Zusammen ergibt sich eine Speicherung von 418 MJ pro m3.
Für den Jahresenergiebedarf ergibt sich damit eine Speichergröße von 146 m3.

Vergleich von Variante 1 und 2:

Das ist weniger als Variante 1 aber immer noch sehr viel.
Ein Vorteil der Variante 2 ist, dass sich die 20 Grad (oder 15 Grad) im Erdreich beliebig lange speichern lassen während man bei der Vorhaltung von 80 Grad über mehrere Monate mit Verlusten rechnen muss. Allerdings muss bei Variante 2 mehr Energie für die Wärmepumpe aufgewendet werden als bei Variante 1. Dies ist in der Rechnung nicht berücksichtigt.

Fazit:

Keine der beiden Varianten sind für den benötigten Jahresenergiebedarf wirklich praktikabel.
Man müsste also zunächst durch Wärmedämmung den Jahresenergiebedarf deutlich senken.
Variante 2 bietet die Möglichkeit, auch in den Wintermonaten (erhebliche?) Energiemengen vom Sonnenkollektor in den Pufferspeicher einzuspeisen. Bei einer konstanten Schmelz/Gefriertemperatur von 0 Grad kann der Sonnenkollektor auf dem Dach z.B. bei 5 Grad Außentemperatur und starker Bewölkung Energie in den 5 Grad kälteren Erdspeicher einspeisen. In der Übergangszeit kann die Wärmepumpe den Wärmebedarf direkt dem Dachkollektor entnehmen anstatt den Erdspeicher zu belasten. D.h. es muss nicht der gesamte Jahresenergiebedarf gespeichert werden können.
Vermutlich kann man damit die Speichergröße um 30-50% reduzieren.
Nach einer Reduzierung des Wärmebedarfs um 50% käme man dann vielleicht auf 40-50 m3, was aber immer noch riesig ist.

Also müsste man wohl eine konventionelle Heizung zusätzlich bereithalten, oder von vorne herein ein Niedrigenergiehaus bauen.

Kommentare:

  1. Könnte man nicht Konzept 1 und 2 verheiraten?

    • wärmeisolierter Tank
    • im Sommer aufheizen (ca. 80°C)
    • im Winter Wärme entziehen bis ca. -1°C (um sicher zu gehen, dass der Tankinhalt gefriert)

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  2. Die Speicherdimension für die Hau-Ruck-Methode:
    http://www.jenni.ch/index.html?galerie/Monoslideshow1/Monoslideshow.html

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  4. Vor 20 Jahren wurden ein solches Haus mit über 100 m3 Wärmespeicher realisiert:

    http://www.jenni.ch/index.html?html/Heizen%20mit%20Sonne/Sonnenhaus/Sonnenhaus.htm

    Hier das Fazit:
    http://www.jenni.ch/index.html?html/Heizen%20mit%20Sonne/Sonnenhaus/Galerie/10_Sonnenhaus.htm

    Technische Daten:
    http://www.jenni.ch/index.html?html/Heizen%20mit%20Sonne/Sonnenhaus/Techn_Daten.htm

    Anlagenschema:
    http://www.jenni.ch/index.html?html/Heizen%20mit%20Sonne/Sonnenhaus/Temperaturen.htm

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  5. Erfahrung mit einem Haus bei Koblenz mit einem Erdkollektor, der nach dem gleichen Prinzip wie Variante 2 arbeitet:

    ca. 4000 KWH Stromverbrauch pro Jahr für die Wärmepumpe
    ca. 16'000-20'000 KWH Wärmeertrag pro Jahr.

    Erdkollektor wird mit -6 Grad Kühlflüssigkeit durchlaufen, welche sich im Erdreich auf -1 Grad erwärmt. D.h. am Ende des Winters ist das Erdreich auf einer Fläche von 150qm in 1,5 Meter Tiefe zu einem großen Eisklotz gefroren. Dieser taut im Sommer wieder auf.

    Die Kombination mit einem Sonnenkollektor dürfte hier Effizienz und Stromverbrauch optimieren.

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