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Neue Energien in Gebäudensinnvoll nutzen
L. Steinbock, Schulstr. 2976351-Linkenheim-Hochstetten
30 Jahre Nukleare Sicherheitsforschung 26 Jahre Erfahrungen
mit Ölheizung und WärmepumpenIn einem 5-Familienhaus
Bis vor einem Jahr warHeizöl der billigsteBrennstoff zum Heizen:
Wie geht es weiter?1. OPEC fördert
am Maximum2. Nordseeöl hat
Fördermaximum überschritten3. Nigeria, Venezuela, Iran,..
sind instabile Länder4. Transportwege über See
sind gefährdet
Fieberkurve des Heizölpreises:
Mit welchem Rohstoff könnten wir in Zukunft unsere Häuser Heizen?Wind, Sonnenwärme, Bio-Gas, Holz, Grundwasser oder Weizen ?
AktuellerWeizenpreisVom 12.11.:10,5 Ecent/kg
Ökogramm der Brennstoffarten:
BrennstoffBzw. Wärmequelle
Elemente EnergieGehaltkWh/kg
Reichweite,Jahre
Abfall Treib-haus-Effekt
WärmePreisc/kWh
Holz (Pellets),Getreide
CH2O 5 oo Dampf,CO2, Asche
Neutral 4
Pflanzenöl CH2O 12 oo Dampf,CO2 Neutral 6
Kohle C,(S) 7 400 CO2,SO2 Sehr stark
7
Heizöl CH2 12 50 Dampf,CO2 Stark 5
Erdgas,(Methanhydrat)
CH4 13 70 Dampf,CO2 Sehr stark
6
Wärmepumpe (Grundwasser, Uran)
Uran 1000000 >1000 Fest null 2
Einige KohlenstoffSpeicher der Erde in [Gt]
Es ist genug da von allem ! Aber zu welchen Kosten ?
Energieflussbild der BRD 1999
in [Mt SKE]
Quelle: www.ag_Energiebilnzen.de : Energieffluss1999,
1 [Mt SKE] = 0,0293 [EJ]
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)
Energieverbrauch und die Folgen:
480 Mio. Tonnen „SKE“ -->1,5 Mia. Tonnen CO2 Pro Person: 6 Tonnen SKE oder 20 Tonnen CO2 = 10 000 KubikmeterPro Person: 1500 Liter Öl oder 2000 cbm CO2 Deutschland füllt pro Jahr 80 qkm Landfläche bis 10 km Höhe mit CO2 !Landkreis Bruchsal = 63 qkm
Jahreserzeugung CO2In Heißluft-Balloneinheiten1 Ballon = 4250 cbm
pro Person: Öl: ½ Ballon CO2 Alle Energien: 2 Ballons
Deutschland: 160 Millionen Ballons !
Vorstellen : An jedem Schornstein hängt nacheinem Jahr ein solcherCO2-Ballon!
Ausgangswert im Jahr 1850: 250 ppm, heute: > 380 ppm, Anstieg pro Jahr: 2 ppm, 2100: 500 ppm ?
CO2-Gehalt der Luft auf dem Mauna Kea in Hawai bis Ende 2000
Quelle: www.wmo.ch/web/Press/Press670.htm_graph1, erhalten 2002_0128; wmo_climate2001_fig1....jpeg /
Globale Mittlere Temperaturen 1860-2001
Die Folgen des CO2-Anstieges:
Wenn wir so weiter machen, brauchen wir bald gar nicht mehr heizen!
Konsequenzen für Jeden von uns:
1. 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 propagiertwerden!Konstruktive Vorschläge, die sich sofort für den Einzelnen und die öffentlichen Haushalte auszahlen!
„Neue Energien“ in den Medien :
1. Brennstoffzelle 2. Biomasse/Biogas3. Holzheizung4. Wärmepumpe5. 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, WasserkraftSekundärenergie: Stadtgas (CH4 + H2), Strom, Wasserstoffgas
Wichtige Eigenschaften von „Energien“:Preis, Speicherfähigkeit, Nachhaltigkeit, Steuerbarkeit, Umweltgefährdung
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 verfügbarInvestition noch teuer! Können wir das Ändern?ja, dafür muß ein Aktionsprogramm her!
Aufbau einer Holz-Pelletheizung:Pellet-Silo, Förderschlauch, Pelletbrenner, Kessel mit Wärmetauscher
Holzheizkessel: Scheitkessel, Hackschnitzel, „Pellet“-Kessel
Pellets: aus Abfallholz in D,A,CH genügend verfügbar,Durch Automatisierung fast ebenso bequem wie Öl/GaskesselNeue Infrastruktur: Pellets Trocknen, Pressen, Transport-LKW mit BläserBeim Verbraucher: Pelletlager, Pelletkessel
Preisvergleich bei www.getreideheizung.de Pelletkessel von Paradigma/Waldbronn
Pelletheizung: Heizwert von 2kg Holzpellets = 1 Liter Heizöl, Preis: 18 Cent/kg
Investition 15500 Euro gegen 11800 Euro für Ölheizung (FAZ 19. 10. 2004)
Noch billigere BrennstoffeAls Holzpellets:Hackschnitzel,Getreide,Altholz
Pflanzenöl-Heizung:Vorteil: Infrastruktur für flüssige Brennstoffe schon vorhanden
Haustank kann auch für Dieselfahrzeuge genutzt werden.Notwendige Umbauten: PflanzenölbrennerPreis für Pflanzenöl : 55 Cent/Liter bei 1000 Liter Abnahme
Erdwärme zum Heizen und zur Stromerzeugung:
1. „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 -1000 Meter)Nachteile: unausgereifte Technik -> Teuerbis jetzt nur in Kalifornien wirtschaftlich mit insgesamt 1000 MWatt
2. Flache (<-100 Meter) Erdwärme mit WärmepumpeVorteile: fast überall möglich, erprobte Technik: Brunnenbau oder normaler Tiefbau, Joule-Thomson-Kälteanlage (Kühlschrankprinzip)
Leistungszahl (COP) : Wärmeabgabe / Stromanteil
Wärmequellen für Wärmepumpen:
1. Luft (Notlösung)2. Erdreich (vergrabene Soleleitung oder KG-200 Luftrohr in > 1 Meter Tiefe)3. Grundwasser ( bei uns +11° in 6-8 Meter Tiefe)4. Tiefensonde (50 Watt/Meter Wärmegewinn)
Wärmesenken für Wärmepumpen:
1. Fußboden/Wandheizung mit großen Flächen und niedriger Vorlauftemperatur : 30-35°
2. „überdimensionierte“ Lamellenheizkörper mit maximal 45° bei -12° außen
Damit sind Leistungszahlen von > 5 erreichbar oderHeizkosten für ein Einfamilienhaus von weniger als 700 Euro/Jahr mit WP-Tarif von EnBW (im Tagesmittel 11 Cent/kWh)
JahreszeitlicherTemperaturverlaufAls FunktionDer Tiefe:
In 10 Meter TiefeSchwankt die Temperatur mit +-1°Um einen Mittelwert.
In Hochstetten istDer Mittelwert +11°
Wenn möglich, istEine GrundwasserDie beste WärmequelleFür eine Wärmepumpe
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 WarmwasserKältemittel Entspannungsventil
Leistungszahl (COP) = gewonnene Wärmeenergie / elektrische AntriebsenergieBei einem Gütegrad 0,4 (Motor und Kompressor sind keine idealen Maschinen)Senkentemperatur = Heizkreis-VorlauftemperaturTn = Nutz-Temperatur (Vorlauf), Tu = Wärmequell-Temperatur (Grundwasser, Luft, Sole)
Gemessene Leistungszahlen an einer 2-Kreis-Wärmepumpe der Uni Dresden,(Patent erteilt, von Buderus gekauft aber nicht produziert !)
Erdreich-Wärmetauscher für Luft oder Sole als Wärmeträger
Vorteil: passive KühlungIm Sommer
Vorteil: geschlossener Wasserkreislauf, wenigBewegtes Erdvolumen, ohne Genehmigung möglich
Sondenbohrung mit Spezialfahrzeug(Foto von Fa. Knobloch)
Sole(schwarz)/Wasser(grau)-Wärmepumpe mit Brauchwasserspeicher(rot)
Wärmepumpenheizung:Vorteile: vorhandene Stromkabel reichen meistens aus, Kein Vorratsspeicher,günstigster WärmepreisNachteile: Wärmequelle (Luft, Erde, Grundwasser) muß aufbereitet werden.
Wärmepumpe mit WW-Speicher und Pufferspeicher (noch Rohbau!)
Meine Erfahrungen mit Ölheizung/Wärmepumpen:
1978: Haus mit 65 kW Wechselbrandkessel (Holz/Öl) bezogen. 300 qm Fläche, 8000 Liter-Tank, Ölpreis: 30-80 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-WärmepumpeRestverbrauch von 3500 Liter Öl, dafür 10000 kWh Strom im Jahr
2002: Aufbau einer Computerregelung, Brauchwasser-WP (Niegel/Steinbock)Restverbrauch 2500 Liter Öl, 13000 kWh Strom
2004: Konzept für neue Grundwasser/Wasser-WP, Planung von 2 BrunnenZiel: weniger als 500 Liter (Raps)Öl, 10000 kWh Strombedarf/Jahr2 Brunnen auf -5 Meter gebohrt.
Foto Wärmepumpe BBYork
Links: RadialgebläseRechts:
Foto Warmwasser-Wärmepumpe Niegel/Steinbock
Foto Steinbock beim Brunnenbohren
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“.
4. In Europa ist die Schweiz bei Förderung und verkauften WärmepumpenFührend.
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, deran 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 einemScheitholz- oder Pelletkessel billig und umweltfreundlich heizen.
Keinen Irrweg aufschwatzen lassen!
Irrweg Nr. 1: Gas/Diesel-Blockheizkraftwerk (Senertec-Dachs etwa 20000 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- oderDieselmotor 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 desBrennstoffes genutzt,Aber wenn das Gerät nicht mindestens 8000 Stunden genutzt wird, ist esUnwirtschaftlich, Gründe:Wartung (Ölwechsel !)Zinskosten, Amortisation
Auch wenn der Generator zusätzlich eineWärmepumpe antreiben sollte (BHKW-WP)Ist das nicht besser als ein modernes GuD-Kraftwerk mit 58% Wirkungsgrad undEiner Wärmepumpe allein:
Zur Konkurrenz Blockheizkraftwerk gegen neues Gas-und Dampfkraftwerk (GuD)Zusammen mit einer Wärmepumpe (Zogg, Studie über Wärme-Kraft-Kopplung, 2002)
Irrweg Nr. 2:Die Brennstoffzelle erzeugt in einer chemischen ReaktionDirekt elektrischen Strom (und auch „Abfall“wärme)Zum Beispiel:
H2 + O H2O + 2 ElektronenCH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O + 6 Elektronen
Vorteil: leise, keine bewegten Teile, erzeugt Strom und WärmeNachteil der Brennstoffzelle: H2, Methanol sind Sekundärenergien,Wirkungsgrad noch nicht sehr hoch.
Anbieter: Sulzer-Hexis, gefördert von EnBW
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/MonatKosten/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 Vergleichmit 0,15 Ct/kWh
250kWh 37,50 Euro ~450 Euro
Irrweg Nr. 3 : Sonnenspielereien, Fotovoltaik zur Stromerzeugung oder Solare Warmwasser-Bereitung, Auszug von der Seite www.heizungsbetrieb.de:
WW mit Wärmepumpe für 10 Personen: 7 kWh/Tag mit WP-Tarif von EnBW im Jahr: 275 EuroOder 27,5 Euro/Person und JahrVorteil der solaren WW-Bereitung: Jeder sieht, daß ich Geld habe und die Umwelt schützen will!
Bilder aus einer Broschüre von Geomar zum Jahr der Geologie (2oo2)
Abb. 1 : Brennendes Eis. Gashydratbrockenan Bord eines Forschungsschiffes kurznach ihrer Bergung vom Meeresboden. Die Gashydratewerden instabil und zerfallen in Wasserund Methan. Das frei werdende Methan entweichtund verbrennt mit konstanter Flamme, wenn es entzündet wird.
Barbara Teichert und MarcusElvert vom GEOMARForschungszentrum beobachtendas mit Spannung. Foto: GEOMAR
Gefährliche Hoffnung Nr. 1:
Gashydratstruktur
(hier Struktur I)
. Abb. aus Suess et al., 1999.
: Dauerfrostböden an Land (grüne Punkte) und entlang der Kontinentalränder im Ozean Abb. aus Suess et al., 1999.
Weltweite Verbreitung der Gashydratvorkommen: Funde
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.
Aktionsprogramm Energie für Baden-Württemberg
1. Einrichtung eines Wärmepumpen-Informations und Forschungszentrums wie in der Schweiz
2. Einrichtung eines Informationszentrums für nachwachsende Brennstoffe Holzpellets, Raps, Getreide in Bawue