Neue Energien in Gebäuden sinnvoll nutzen

Präsentation zum Thema: "Neue Energien in Gebäuden sinnvoll nutzen"—  Präsentation transkript:

1 Neue Energien in Gebäuden sinnvoll nutzen
L. Steinbock, Schulstr. 29 76351-Linkenheim-Hochstetten 30 Jahre Nukleare Sicherheitsforschung 26 Jahre Erfahrungen mit Ölheizung und Wärmepumpen In einem 5-Familienhaus

2 Fieberkurve des Heizölpreises:
Bis vor einem Jahr war Heizöl der billigste Brennstoff zum Heizen: Wie geht es weiter? OPEC fördert am Maximum Nordseeöl hat Fördermaximum überschritten 3. Nigeria, Venezuela, Iran,.. sind instabile Länder 4. Transportwege über See sind gefährdet

3 Mit welchem Rohstoff könnten wir in Zukunft unsere Häuser Heizen?
Wind, Sonnenwärme, Bio-Gas, Holz, Grundwasser oder Weizen ? Aktueller Weizenpreis Vom : 10,5 Ecent/kg

4 Ökogramm der Brennstoffarten:
Bzw. Wärmequelle Elemente Energie Gehalt kWh/kg Reichweite,Jahre Abfall Treib-haus- Effekt Wärme Preis c/kWh Holz (Pellets), Getreide CH2O 5 oo Dampf,CO2, Asche Neutral 4 Pflanzenöl 12 Dampf,CO2 6 Kohle C,(S) 7 400 CO2,SO2 Sehr stark Heizöl CH2 50 Stark Erdgas, (Methanhydrat) CH4 13 70 Wärmepumpe (Grundwasser, Uran) Uran >1000 Fest null 2

5 Einige KohlenstoffSpeicher der Erde in [Gt]
Es ist genug da von allem ! Aber zu welchen Kosten ? Einige KohlenstoffSpeicher der Erde in [Gt]

6 Energieflussbild der BRD 1999
in [Mt SKE] 1 [Mt SKE] = 0,0293 [EJ] Quelle: : Energieffluss1999,

7 Energieverbrauch in Deutschland 2003:
484 Mio. Tonnen „SKE“ = Öl, Gas, Uran, Holz , Kohle, hier z.B. Braunkohle: In Garzweiler füttern Braunkohlebagger das Kraftwerk Frimmersdorf (4x Philippsburg I/II) mit sechs Güterzügen Kohle pro Stunde, im Vordergrund: Abraumhalde mit Windrädern)

8 Energieverbrauch und die Folgen:
480 Mio. Tonnen „SKE“ -->1,5 Mia. Tonnen CO2 Pro Person: 6 Tonnen SKE oder 20 Tonnen CO2 = Kubikmeter Pro Person: 1500 Liter Öl oder cbm CO2 Deutschland füllt pro Jahr 80 qkm Landfläche bis 10 km Höhe mit CO2 ! Landkreis Bruchsal = 63 qkm Jahreserzeugung CO2 In Heißluft-Balloneinheiten 1 Ballon = 4250 cbm pro Person: Öl: ½ Ballon CO2 Alle Energien: 2 Ballons Deutschland: 160 Millionen Ballons ! Vorstellen : An jedem Schornstein hängt nach einem Jahr ein solcher CO2-Ballon!

9 CO2-Gehalt der Luft auf dem Mauna Kea in Hawai bis Ende 2000
Ausgangswert im Jahr 1850: 250 ppm, heute: > 380 ppm, Anstieg pro Jahr: 2 ppm, 2100: 500 ppm ?

10 Globale Mittlere Temperaturen 1860-2001
Quelle: erhalten 2002_0128; wmo_climate2001_fig1....jpeg /

11 Die Folgen des CO2-Anstieges:
Wenn wir so weiter machen, brauchen wir bald gar nicht mehr heizen!

12 Konsequenzen für Jeden von uns:
Wer ohne Not fossil heizt, muß das vor seinen Kindern rechtfertigen können! Konsequenzen für die CDU: Breite Information über die Irrwege, die von Medien und RG-Regierung propagiert werden! Konstruktive Vorschläge, die sich sofort für den Einzelnen und die öffentlichen Haushalte auszahlen!

13 „Neue Energien“ in den Medien :
Brennstoffzelle Biomasse/Biogas Holzheizung Wärmepumpe Blockheizkraftwerk (BHKW) Neu sind diese Energiewandler nicht! Nur weil Öl endlich knapp wird, springen die Medien auf diesen Zug auf. Biomasse (Kuhfladen,…) und Holzheizung sind keine neuen Energien, aber mit neuen automatisierten Öfen sind Pelletöfen eine Betrachtung wert. Was leider häufig vermischt wird: Primärenergie: Holz, Pflanzenöl, Kohle, Erdöl, Erdgas, Uran, Wasserkraft Sekundärenergie: Stadtgas (CH4 + H2), Strom, Wasserstoffgas Wichtige Eigenschaften von „Energien“: Preis, Speicherfähigkeit, Nachhaltigkeit, Steuerbarkeit, Umweltgefährdung

14 Zukunftsenergien? 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 Windenergie zu teuer, nicht steuerbar Sonnenenergie extrem teuer, nachts und winters nicht verfügbar Holz(pellets) Abfallprodukt, preiswert, nachhaltig verfügbar Erdwärme (<-100 Meter): überall, jederzeit, nachhaltig verfügbar Investition noch teuer! Können wir das Ändern? ja, dafür muß ein Aktionsprogramm her!

15 Aufbau einer Holz-Pelletheizung:
Pellet-Silo, Förderschlauch, Pelletbrenner, Kessel mit Wärmetauscher

16 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 Pelletkessel von Paradigma/Waldbronn

17 Pelletheizung: Heizwert von 2kg Holzpellets = 1 Liter Heizöl, Preis: 18 Cent/kg
Investition Euro gegen Euro für Ölheizung (FAZ )

18 Noch billigere Brennstoffe
Als Holzpellets: Hackschnitzel, Getreide, Altholz

19 Pflanzenöl-Heizung: Vorteil: Infrastruktur für flüssige Brennstoffe schon vorhanden Haustank kann auch für Dieselfahrzeuge genutzt werden. Notwendige Umbauten: Pflanzenölbrenner Preis für Pflanzenöl : 55 Cent/Liter bei 1000 Liter Abnahme

20 Erdwärme zum Heizen und zur Stromerzeugung:
„Tiefe“ Erdwärme (>-100 Meter), sehr begrenzt: Lardarello/I, Erdwärmekraftwerke „the Geysirs“ in USA/CA (Sankt-Andreas-Verwerfung) Oberrhein-Graben: Soultz im Walde, Bruchsal (120° in Meter) Nachteile: unausgereifte Technik -> Teuer bis jetzt nur in Kalifornien wirtschaftlich mit insgesamt 1000 MWatt Flache (<-100 Meter) Erdwärme mit Wärmepumpe Vorteile: fast überall möglich, erprobte Technik: Brunnenbau oder normaler Tiefbau, Joule-Thomson-Kälteanlage (Kühlschrankprinzip)

21 Leistungszahl (COP) : Wärmeabgabe / Stromanteil

22 Wärmequellen für Wärmepumpen:
Luft (Notlösung) Erdreich (vergrabene Soleleitung oder KG-200 Luftrohr in > 1 Meter Tiefe) Grundwasser ( bei uns +11° in 6-8 Meter Tiefe) Tiefensonde (50 Watt/Meter Wärmegewinn) Wärmesenken für Wärmepumpen: Fußboden/Wandheizung mit großen Flächen und niedriger Vorlauftemperatur : 30-35° „überdimensionierte“ Lamellenheizkörper mit maximal 45° bei -12° außen Damit sind Leistungszahlen von > 5 erreichbar oder Heizkosten für ein Einfamilienhaus von weniger als 700 Euro/Jahr mit WP-Tarif von EnBW (im Tagesmittel 11 Cent/kWh)

23 Jahreszeitlicher Temperaturverlauf Als Funktion Der Tiefe: In 10 Meter Tiefe Schwankt die Temperatur mit +-1° Um einen Mittelwert. In Hochstetten ist Der Mittelwert +11° Wenn möglich, ist Eine Grundwasser Die beste Wärmequelle Für eine Wärmepumpe

24 Prinzip einer Wärmepumpe mit Kompressor (Kühlschrank, Klimaanlage)
Dampfdruckkurve von Kältemitteln (KM) : Propan, Butan, R134a (Fluorethan), R407c (Gemisch) Links: Grundwasser Mitte oben: Kompressor Rechts: Wärmetauscher zum Verdampfer für Mitte unten: Heizwasser und Warmwasser Kältemittel Entspannungsventil

25 Leistungszahl (COP) = gewonnene Wärmeenergie / elektrische Antriebsenergie
Bei einem Gütegrad 0,4 (Motor und Kompressor sind keine idealen Maschinen) Senkentemperatur = Heizkreis-Vorlauftemperatur Tn = Nutz-Temperatur (Vorlauf), Tu = Wärmequell-Temperatur (Grundwasser, Luft, Sole)

26 Gemessene Leistungszahlen an einer 2-Kreis-Wärmepumpe der Uni Dresden,
(Patent erteilt, von Buderus gekauft aber nicht produziert !)

27 Erdreich-Wärmetauscher für Luft oder Sole als Wärmeträger
Vorteil: geschlossener Wasserkreislauf, wenig Bewegtes Erdvolumen, ohne Genehmigung möglich Vorteil: passive Kühlung Im Sommer

28 Sondenbohrung mit Spezialfahrzeug
(Foto von Fa. Knobloch)

29 Sole(schwarz)/Wasser(grau)-Wärmepumpe mit Brauchwasserspeicher(rot)

30 Wärmepumpenheizung: Vorteile: vorhandene Stromkabel reichen meistens aus, Kein Vorratsspeicher, günstigster Wärmepreis Nachteile: Wärmequelle (Luft, Erde, Grundwasser) muß aufbereitet werden.

31 Wärmepumpe mit WW-Speicher und Pufferspeicher (noch Rohbau!)

32 Meine Erfahrungen mit Ölheizung/Wärmepumpen:
1978: Haus mit 65 kW Wechselbrandkessel (Holz/Öl) bezogen. 300 qm Fläche, 8000 Liter-Tank, Ölpreis: Pfennig/Liter 1984: 2 Luft/Wasser-Wärmepumpen (WP) als Schnäppchen von BBYork, teilweise neue Heizkörper, Heizölverbrauch mehr als halbiert 1991: Neuer 30 kW-Ölkessel, nach Defekt Abschaltung der Wärmepumpen, Neue Kunststofftanks mit nur noch 4000 Liter 1992: Hauserweiterung auf 400 qm Wohnfläche, weitere neue Kompakt-Heizkörper, 6000 Liter Öl/Jahr von 91 bis 2001 2001: Erneute Inbetriebnahme einer Heizungs-Wärmepumpe Restverbrauch von 3500 Liter Öl, dafür kWh Strom im Jahr 2002: Aufbau einer Computerregelung, Brauchwasser-WP (Niegel/Steinbock) Restverbrauch 2500 Liter Öl, kWh Strom 2004: Konzept für neue Grundwasser/Wasser-WP, Planung von 2 Brunnen Ziel: weniger als 500 Liter (Raps)Öl, kWh Strombedarf/Jahr 2 Brunnen auf -5 Meter gebohrt.

33 Foto Wärmepumpe BBYork
Links: Radialgebläse Rechts:

34 Foto Warmwasser-Wärmepumpe Niegel/Steinbock

35 Foto Steinbock beim Brunnenbohren

36 Meine Erfahrungen mit Wärmepumpen:
1. Wärmepumpenheizungen müssen sorgfältig an ein Haus und die Umgebung Angepasst werden. Die meisten Heizungsbauer sind damit überfordert. 2. Die Betriebskosten von Wärmepumpen sind durch technische Fortschritte gefallen im Gegensatz zu den Betriebskosten für Öl/Gasheizungen, die Infolge der endlichen Vorräte fossiler Brennstoffe weiter steigen werden. 3. Die Warmwasser-Wärmepumpe ist preiswerter als alle anderen Warmwasserheizer und liefert destilliertes Wasser und im Sommer kalte Luft „umsonst“. In Europa ist die Schweiz bei Förderung und verkauften Wärmepumpen Führend.

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41 Meine Empfehlungen: Im Altbau eine vorhandene Heizung mit einer Wärmepumpe ergänzen, so daß mehr als 90% der Jahresheizlast von der WP erbracht werden. Beim Neubau eine Flächenheizung (Boden oder Wand) und eine GrundwasserWP als Basis mit einem Pelletofen ergänzen, der an sehr kalten Tagen die Spitzenlast übernehmen kann. Warmwasser auf jeden Fall mit einer WW-WP erzeugen. Wer preiswertes Holz und Zeit zur Verfügung hat, kann mit einem Scheitholz- oder Pelletkessel billig und umweltfreundlich heizen. Keinen Irrweg aufschwatzen lassen!

42 Nachteil: nur wirtschaftlich infolge Förderung (wie lange nach 2006?)
Irrweg Nr. 1: Gas/Diesel-Blockheizkraftwerk (Senertec-Dachs etwa Euro) Vorteil: erzeugt Strom und Wärme aus Gas oder Diesel, „umweltfreundlich“ Nachteil: nur wirtschaftlich infolge Förderung (wie lange nach 2006?) Der DACHS ist ein kleiner Gas- oder Dieselmotor mit einem 5 kW Strom-Generator. Das Kühlwasser wird in der Heizungsanlage umgepumpt und liefert 10 kW Wärme. Damit wird mehr als 90% der Energie des Brennstoffes genutzt, Aber wenn das Gerät nicht mindestens 8000 Stunden genutzt wird, ist es Unwirtschaftlich, Gründe: Wartung (Ölwechsel !) Zinskosten, Amortisation Auch wenn der Generator zusätzlich eine Wärmepumpe antreiben sollte (BHKW-WP) Ist das nicht besser als ein modernes GuD-Kraftwerk mit 58% Wirkungsgrad und Einer Wärmepumpe allein:

43 Zur Konkurrenz Blockheizkraftwerk gegen neues Gas-und Dampfkraftwerk (GuD)
Zusammen mit einer Wärmepumpe (Zogg, Studie über Wärme-Kraft-Kopplung, 2002)

44 Irrweg Nr. 2: Die Brennstoffzelle erzeugt in einer chemischen Reaktion Direkt elektrischen Strom (und auch „Abfall“wärme) Zum Beispiel: H2 + O  H2O + 2 Elektronen CH4 + 2O2  CO2 + 2 H2O + 6 Elektronen Anbieter: Sulzer-Hexis, gefördert von EnBW Vorteil: leise, keine bewegten Teile, erzeugt Strom und Wärme Nachteil der Brennstoffzelle: H2, Methanol sind Sekundärenergien, Wirkungsgrad noch nicht sehr hoch.

45 Irrweg Nr. 3 : Sonnenspielereien, Fotovoltaik zur Stromerzeugung oder
Solare Warmwasser-Bereitung, Auszug von der Seite 1. Sparen mit einer Warmwasser-Solaranlage? Warmwasser im Sommer mit dem Öl/Gas-Kessel Der warme Sommer 1999 und 2003 in unserer überwachten und optimierten Anlage hat sehr schön gezeigt, dass der Ölverbrauch für das Aufheizen vom Trinkwasser einfach minimierbar ist und bei unter 1 Liter Öl (10kWh) pro Tag im 2-Personenhaushalt liegen kann: Jahr Liter/d Liter/Monat Kosten/Monat Kosten/Jahr (6...9) 1999 1,2285 38,85 7,77 Euro ~ 95 Euro (5...9) 2003 0,83 24,9 8,715 Euro ~105 Euro Elektroheizung zum Vergleich mit 0,15 Ct/kWh 250kWh 37,50 Euro ~450 Euro WW mit Wärmepumpe für 10 Personen: 7 kWh/Tag mit WP-Tarif von EnBW im Jahr: 275 Euro Oder 27,5 Euro/Person und Jahr Vorteil der solaren WW-Bereitung: Jeder sieht, daß ich Geld habe und die Umwelt schützen will!

46 Gefährliche Hoffnung Nr. 1:
Abb. 1 : Brennendes Eis. Gashydratbrocken an Bord eines Forschungsschiffes kurz nach ihrer Bergung vom Meeresboden. Die Gashydrate werden instabil und zerfallen in Wasser und Methan. Das frei werdende Methan entweicht und verbrennt mit konstanter Flamme, wenn es entzündet wird. Barbara Teichert und Marcus Elvert vom GEOMARForschungszentrum beobachten das mit Spannung. Foto: GEOMAR Bilder aus einer Broschüre von Geomar zum Jahr der Geologie (2oo2)

47 Gashydratstruktur (hier Struktur I) . Abb. aus Suess et al., 1999.

48 Weltweite Verbreitung der Gashydratvorkommen: Funde
: Dauerfrostböden an Land (grüne Punkte) und entlang der Kontinentalränder im Ozean Abb. aus Suess et al., 1999.

49 Gefährliche Hoffnung Nr. 2: Wasserstoff
Nur Sekundärenergie, daher noch sehr teuer. Sichere und preiswerte Speichertechnik nicht in Sicht. Explosionsgefährdet zwischen 5% und 95% Anteil in Luft.

50 Aktionsprogramm Energie für Baden-Württemberg
Einrichtung eines Wärmepumpen-Informations und Forschungszentrums wie in der Schweiz Einrichtung eines Informationszentrums für nachwachsende Brennstoffe Holzpellets, Raps, Getreide in Bawue