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Mit Neuen Energien Heizen!

Mit Neuen Energien Heizen!. Motive: Geld Sparen Umweltschäden Vermeiden Autarkie stärkt die Volkswirtschaft Rückständige Staaten diskriminieren Bequemlichkeit Spieltrieb. Inhalte: Klimawandel durch CO2 Hausklima und Physik Neues aus der Heizungstechnik Bau einer Wärmepumpe

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Mit Neuen Energien Heizen!

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Presentation Transcript

  1. Mit Neuen Energien Heizen! Motive: Geld Sparen Umweltschäden Vermeiden Autarkie stärkt die Volkswirtschaft Rückständige Staaten diskriminieren Bequemlichkeit Spieltrieb Inhalte: Klimawandel durch CO2 Hausklima und Physik Neues aus der Heizungstechnik Bau einer Wärmepumpe Die Wärmepumpe in Europa Spielereien und Irrwege Exergie-Politik für die CDU Dr. Steinbock, Schulstr. 29 76351-Linkenheim-Hochstetten 30 Jahre Nukleare Sicherheitsforschung 26 Jahre Erfahrungen mit Ölheizung und Wärmepumpen in einem 5-Familienhaus Ehemaliges Mitglied der Geothermischen Vereinigung, Aktuell Mitglied in Kerntechnische Gesellschaft, Haus und Grund, CDU

  2. Hausklima: Heizen, Kühlen, Lüften Warum? Häuser werden immer dichter Allergien, Klimawende Dafür brauchen wir „Energie“ Infrarot-Bild einer Kühldecke

  3. Energieflussbild der BRD 2006 in [Mt SKE] 1 SKE ~ 0,8 to Heizöl 500/80 ~ 6 to Kohlenstoff Pro Einwohner in D ~30% Haushalts-Verbrauch Davon > 90% für Heizung/Warmwasser Quelle: www.ag-Energiebilanzen.de

  4. Energieverbrauch in SteinKohle-Equivalent in Deutschland 2004: 492 Mio. Tonnen „SKE“ = Öl, Gas, Uran, Holz , Kohle, hier z.B. Braunkohle: In Garzweiler füttern Braunkohlebagger das Kraftwerk Frimmersdorf (4x KKP I+II) mit sechs Güterzügen Kohle pro Stunde, Grubentiefe: ~ 200 Meter, rechts: Abraumhalde mit Windrädern) Welt: Energieverbrauch 2004: 12,8 Mia. to SKE, Davon 4 Mia. to Kohle China: 1,5 Mia. Tonnen Kohle/Jahr 200 Mio. to Flözbrände/Jahr

  5. Es geht aufwärts: CO2-Gehalt der Luft in Hawai bis Ende 2000 Ausgangswert im Jahr 1850: 250 ppm, heute: > 380 ppm, Anstieg pro Jahr: 2 ppm, 2100: 500 ppm ?

  6. Globale Mittlere Temperaturen 1860-2001 Quelle: www.wmo.ch/web/Press/Press670.htm_graph1, erhalten 2002_0128; wmo_climate2001_fig1....jpeg /

  7. KTG-Ausflug zum Kraftwerk Kaprun in .at im Oktober 2007: Wie lange noch müssen wir im Winter heizen?

  8. Energie = Exergie + Anergie = Konstant(1. Hauptsatz TD) Es wird keine Energie verbraucht, sondern Exergie in Anergie gewandelt ! Für jeder Wärmekraftmaschine gilt der Carnot-Wirkungsgrad = Tu / ( To – Tu) = eta < 1 (2. Hauptsatz TD) To, Tu : Temperatur des heißen und kalten Speichers in Kelvin=273+°C Im Kraftwerk wird Energie getrennt in: Exergie+Anergie  Strom ist fast reine ExergieAbwärme ist nur Anergie

  9. Wirkungsgrad einer Gebäudeheizung: Temperatur des kalten Speichers, draußen: -10° = 263 Kelvin Temperatur des warmen Speichers, drinnen: 20° = 293 K Nach Carnot ist Eta = 30 / 293 ~ 0,1 das heißt nur 10% Heizungswirkungsgrad ! Jede Heizung, die mehr als 20% Exergie benötigt, ist Verschwendung, weil jeder fossile Brennstoff im Kraftwerk zwischen 30 und 58% Strom/Exergie erzeugen kann. Wer mit Strom (100% Exergie) direkt heizt, verschwendet 90% der Exergie! Beispiel: 1 cbm Gas ergibt <10 kWh Heizwärme im Gaskessel In einem GuD-Kraftwerk werden daraus 5,8 kWh Strom, damit kann eine Wärmepumpe mit COP=5 29 kWh Wärme bereitstellen

  10. Ökogramm der Brennstoffarten: Fernwärme: ~4-5 Cent/kWh, wenig Abfall, beim Verbraucher wenig Investition

  11. Preisverlauf für Heizöl 2003-07 2003: 45€ vor Irakkrieg, dann Schwankungen im Band 33-37€ 2004: Steiler Anstieg 35-45€ 2005: Steiler Anstieg 44-67€ 2006: Flacher Anstieg im Band 58-65€ 2007: Anstieg bis 72€ Hoher Ölpreis ist vom Markt Angenommen ! Heizkosten verdoppelt in 3 Jahren Zulauf für „alternative“ Heizungen: Holz, „Sonne“, Biomasse, Erdwärme Erdgas wird im Schnitt 30% Teurer verkauft wegen Vorteilen: Kein Tank, keine Asche, nur CO2/H2O

  12. Alternative 1: Pelletheizung, Heizwert von 2kg Pellets = 1 Liter Heizöl, Investition: 15500 Euro gegen 11800 Euro für Ölheizung (FAZ 19. 10. 2004)

  13. Holzheizkessel: Scheitkessel, Hackschnitzel, „Pellet“-Kessel Pellets: aus Abfallholz in D,A,CH genügend verfügbar, Durch Automatisierung fast ebenso bequem wie Öl/Gaskessel Neue Infrastruktur: Pellets Trocknen, Pressen, Transport-LKW mit Bläser Beim Verbraucher: Pelletlager, Pelletkessel Preisvergleich bei www.getreideheizung.de Pelletkessel von Paradigma/Waldbronn

  14. Aufbau einer Holz-Pelletheizung: Pellet-Silo, Fördereinrichtung, Pelletbrenner, Kessel Nachteile: viel Mechanik, Großer Speicher

  15. Pflanzenöl-Heizung: Vorteil: Infrastruktur für flüssige Brennstoffe schon vorhanden Haustank kann auch für Dieselfahrzeuge genutzt werden. Notwendige Umbauten: Pflanzenölbrenner Preis für Pflanzenöl : 80 Cent/Liter bei 1000 Liter Abnahme

  16. Zukunftsexergien? Gashydrate: Gewinnungsmethoden kaum entwickelt, Gefahrenpotential apokalyptisch: Methan ist als Treibhausgas 21- mal effektiver als CO2! Wasserstoff ist nur Sekundärenergie Brennstoffzelle nutzt nur Sekundärenergie mit kleinem Gesamtwirkungsgrad Wind zu teuer, JNG < 0,15 Sonne extrem teuer, nachts/winters nicht verfügbar, JNG<0,2 Holz(pellets) Abfallprodukt, preiswert, nachhaltig verfügbar Erdwärme : überall, jederzeit, nachhaltig verfügbar (100 Meter) Investition noch teuer! Können wir das Ändern? Anergie! ja, (fast) jeder Hausbesitzer kann das ändern!

  17. Erdwärmekraftwerk Larderello in bewegt die italienische Bahn! „Tiefe“ Geothermie (tGt > -100 Meter, meistens 2000-5000 Meter tief), sehr begrenzt: Lardarello/I, Hawaii, Island, Kalifornien, Philippinen Erdwärmekraftwerke „the Geysirs“ in USA/CA (Sankt-Andreas-Verwerfung) Oberrhein-Graben: Soultz im Walde, Bruchsal (120° in -1000 Meter), Basel Vorteil: ganzjährig, ganztägig verfügbar Nachteile: unausgereifte Technik -> Teuer geringer Exergieinhalt: Viel Abwärme für wenig Exergie 10:1 !

  18. Erdwärme zum Heizen und zur Stromerzeugung in Deutschland: Oberrhein-Graben: Landau, Bruchsal (120° in -1000 Meter), Urach Nachteile: unausgereifte Technik -> Teuer (15-20 Ecent/kWh nach einer Studie) bis jetzt nur an wenigen Orten wirtschaftlich: The Geysirs USA/CA

  19. Installierte Leistung von Erdwärme-kraftwerken in MW W O R L D ‘ S L A R G E S T G E O T H E R M A L F I E L D S 1000 720 708 547 426 330 330 326 260 152 148

  20. Erdwärmekraftwerk in Unterhaching bei München Georhermie-Bohrung in Unterhaching bei München: Daten: 150 Liter/sec, 123°/127°  48 MegaWatt Wärme (Abkühlung auf ~25°) Als elektrisches Kraftwerk im Sommer: 3,4 MWe und 45 MW Abwärme Kosten: 20 Mio. € oder 6000€/kW

  21. Kosten für Nuklear (2-3 Cent/kWh) und Braunkohle (1,8 Cent/kWh) ! Was immer verschwiegen wird: der geothermische Wärmefluß ist 0,064 Watt/qm! Tiefe Geothermie ist daher NICHT nachhaltig !

  22.  63 / 130 ~ nur 1/3 Heizarbeit mit mehr als 50% Leistung Histogramm des relativen Heizbedarfs: nur an 24 Tagen im Jahr mehr als 50% der Maximalleistung nötig, Eine 5 kW-Luft-Wärmepumpe kann im EFH meistens 67% Jahresheizwärme liefern!

  23. Jahreszeitlicher Temperaturverlauf Im Freifeld Als Funktion der Tiefe. In 10 Meter Tiefe Schwankt die Temperatur mit +-1° Um einen Mittelwert. In Hochstetten hat Das Grundwasser Im Oktober +13,6°! Wenn möglich, ist ein Grundwasserbrunnen Die beste Wärmequelle Für eine Wärmepumpe: Aktivierung des solaren Wärmespeichers Erdreich + Grundwasser

  24. Verlauf der mittleren Jahrestemperatur in der Meßstation am PIK: Bodentemperatur (°C) in 12m Tiefe und 9-jähriges Mittel  Flache Geothermie ist gespeicherte solare Wärme !

  25. Mittlere Grundwasser-Temperatur in Berlin in ~ 35 Meter Tiefe: korreliert mit Siedlungsdichte, Maximum im Industriegebiet, Für Ettlingen wurde eine ähnliche Karte von EnBW erstellt, Ist aber im www nicht zu finden.

  26. Flache Geothermie oder Nutzung der Anergie des Erdreichs mit reiner Exergie Anergiequellen für Wärmepumpen: Luft (Notlösung) Erdreich (vergrabene Soleleitung oder KG-200 Luftrohr in > 1 Meter Tiefe) Abwasserrohre (in der Schweiz schon gebaut) Tiefensonde (nur 50 Watt/Meter Wärmegewinn) Grundwasser ( in Hochstetten: +13° in 6-8 Meter Tiefe)

  27. Erdwärme zum Heizen mit Wärmepumpe Vorteile: fast überall möglich, erprobte Technik: Brunnenbau oder normaler Tiefbau, einfache Bohrtechnik Joule-Thomson-Kälteanlage (Kühlschrankprinzip, Luftpumpe) Grundwasser  Kältemittel  Heizwasser/Warmwasser

  28. Arbeitsprinzip eines Spiral-Verdichters (englisch: Scroll) Vorteil gegenüber Kolben-Verdichtern: keine Ventile, nur Rotation  weniger Vibrationen und Lärm, besserer Wirkungsgrad

  29. Standard-Luft- WW-Wärmepumpe Mit 300 Liter isoliertem Warmwasserspeicher (Bei ebay ab 1600 €) Preiswerteste Art Warmwasser zu bereiten: Wärmekosten ~ 5 c/kWh (Beim EnBW-Tarif von 20 c/kWh)

  30. Leistungszahl einer Wärmepumpe (Coefficient of Power, COP) Wärme/Strom Bei Verdampfungstempertur 0 Grad Celsius Realer COP ist kleiner als Carnot-COP wegen Verlusten im Motor und Verdichter Heutige Werte: 4 (Luft) bis 6 (Grundwasser)

  31. Sondenbohrung für Doppel-U-Sonden mit 4x32 mm PE-Rohren Für Sonden bis -99 Meter ist das Wasserwirtschaftsamt zuständig. Für tiefere Sonden das Bergamt in Freiburg. In BaWue wurden Erdsonden mit 14 €/M gefördert. EnBW fördert auch WPs mit Erd-(Flächen)kollektoren

  32. Erdreich-Wärmetauscher für Luft oder Sole als Wärmeträger Vorteil von Sole-EWT: geschlossener Wasserkreislauf, Wenig bewegtes Erdvolumen, ohne Genehmigung möglich Vorteil von Luft-EWT: passive Kühlung und Entfeuchtung im Sommer

  33. Abwasserkanal als Wärmequelle: Sehr hohe Quelltemperatur +15°, Geringe Mehrkosten bei Neuem Baugebiet

  34. Wärmesenken (Heizkörper) für Wärmepumpen: • Fußboden mit engen Abstand und niedriger Vorlauftemperatur 30° • Wandheizungen • Heizkonvektoren • „überdimensionierte“ Lamellenheizkörper mit maximal 45° VL bei -12° außen • Damit sind Leistungszahlen von > 5 erreichbar oder • Heizkosten für ein Einfamilienhaus von weniger als • 700 Euro/Jahr mit SWP-Tarif von EnBW (im Tagesmittel 12 Cent/kWh) • Meine Jahresheizkosten für 400 qm : ~ 1500 Euro

  35. Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Puffer-Speicher Luftwärmepumpe, Innenaufstellung Dank Fa. Knobloch, Webseite ! Rechts: Split-Wärmepumpe mit Verdampfer auf Dach

  36. Meine Erfahrungen mit Ölheizung/Wärmepumpen: • 1978 Haus gekauft mit 65 kW Wechselbrandkessel (Holz/Öl). • 300 qm Wohn-Fläche, 8000 Liter-Tank, Ölpreis: 30-80 Pfennig/Liter • 1984 2 Luft/Wasser-Wärmepumpen (13 kW) im Ausverkauf von BBC/York, • teilweise neue Heizkörper, Heizölverbrauch mehr als halbiert • 1991 Neuer 30 kW-Ölkessel mit Regelung und 4000 Liter Tank (HB Weber), Abschaltung der Wärmepumpen, da Ölpreis wieder niedrig. • 1992 Hauserweiterung auf 400 qm Wohnfläche (HB Weber), • weitere neue Kompakt-Heizkörper, 6000 Liter Öl/Jahr von 91 bis 2001 • 2001 Erneute Inbetriebnahme einer Heizungs-Wärmepumpe (6,4 kW) • Verbrauch von 3500 Liter Öl + 10000 kWh Strom im Jahr • 2002 Selbstbau einer Computerregelung, Brauchwasser-WP (Niegel/Stbck) • Restverbrauch 2500 Liter Öl, 13000 kWh Strom • 2004 Konzept für neue Grundwasser-WP, erste Brunnenbohrversuche • 2005 Bohren von Förder- und Schluck-Brunnen (4 cbm/h), • Bau einer GW-Wärmepumpe mit A. Niegel: 20 kW

  37. Warmwasser-Wärmepumpe kühlt und trocknet Keller (2002-2006), Heizte mit ~ 400 W (elektrisch) einen 200 Liter Tiefspeicher (dahinter) Im Sommer Kondenswasser  Bügelwasser, Begrenzung der Kellerfeuchte

  38. Neue Luft-Wärmepumpe für Brauchwasser mit 3,5 kW Wärmeleistung Koaxial-Wärmetauscher Umgebaute Split-Klima-Anlage mit Koax-Wärmetauscher statt Innengerät Kosten: 702€ frei Hof + Anschlußkosten an WW-Speicher Betriebskosten: ~8 kWh/Tag für 9 Personen (seit 10/07)

  39. Brunnenbohren Bohrwerkzeuge: Spiralbohrer, Bohrkrone mit Rolladenrohr SW-60 3 Meter Länge bequem handelbar, Verlängerbar mit Achsnippel, Ideal für Schlagbrunnen !

  40. Erste trockene Bohrversuche im Sept. 2004 erreichte Tiefe mit freihändigem Bohren: - 4,5 Meter Antrag und Genehmigung von 2 Brunnen bei WaWi-Amt Ka-Land Im September/Dezember 2004

  41. Dreibock aus Rolladenrohr Genietet mit Stahlblech, Elektro-Seilwinde am Galgen Brunnenfassung aus Betonrohr Etwa 50 cm tief eingegraben mit Kegeldach Aus verzinktem Blech

  42. Sicherung der Trockenbohrung mit Schachtring Und Hosenrohr aus PVC-“Rohr“ 1 mm Wandstärke reicht, um Einfallen zu Verhindern und den Bohrer zu führen

  43. Hurra, die Bohrung ist im Wasser bei -6,8 Meter !

  44. Alu-Filterrohr aus Lochblech Und Al-Fliegengaze Als Zylinder genietet. 2 mm Löcher mit 3,7 mm Abstand 1 mm Dicke Alu-Fliegengaze mit 1,4 mm Gitterweite Verstärkung mit KG-DN-200 Ringen nötig

  45. Brunnenfilter aus Alu-Lochblech und KG-Rohr DN-200, Länge ~ 4,5 Meter Rechts: Sumpfrohr, 3 Meter Al-Filter, 1 Meter Anschlußrohr Verlängerungen mit KG-DN-200

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