Dipl.-Ing. Dirk Mangold / n.n. Steinbeis Forschungsinstitut für ...solarthermietechnologie.de/fileadmin/Dateien/dokumente/...für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme

SteinbeisForschungsinstitutfür solare undzukunftsfähigethermischeEnergiesysteme

Nobelstr. 15D-70569 Stuttgartwww.solites.de

DSTTP – AG 3 Saisonale Wärmespeicherung

Dipl.-Ing. Dirk Mangold / n.n.

Steinbeis Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme

Nobelstr. 15, 70569 Stuttgart

Tel 0711 673 2000 0; Fax 0711 673 2000 [email protected], www.solites.de

Heißwasser-Wärmespeicher in München, 5 700 m³, 2006



Draufsicht auf den Erdsonden-Wärmespeicher für Crailsheim



15 m

Bau des Kies/Wasser-Wärmespeichers in Eggenstein 2007









Schnitt durch den Erdsonden-Wärmespeicher für Crailsheim



Gras

Erdreich

DrainageDichtbahn

Grundwasser führende Schicht Bentonit ohne

Graphitzusatz

Schutzverrohrung

Doppel-U-Rohr-Erdsonde

Befüllrohr

Muschelkalk

Bentonit mitGraphitzusatz

Schaumglasschotter

5m50

m

Solar City Neckarsulm-Amorbach (5.500 m², ca. 3,9 MW)



Crailsheim: 3.500 m² Kollektorfläche auf Lärmschutzwall



Forschungsbereiche solarer Nahwärmesystememit saisonalem Wärmespeicher



Politischer Wille – Betreiber – Projektpartner – Kunden

Große Kollektorflächen

Niedertemperatur-Nahwärmenetz und Solarnetz

Niedertemperatur-Hausübergabe

Niedertemperatur-Hausverteilung

Architektonische Integration

Heizzentrale: solare Einbindung, Regelung

hocheffiziente Wärmepumpe

Abstimmung Wärmedämmung und Effizienztechniken

Saisonaler Wärmespeicher

Realisierung einer Forschungsvorhabens in der Praxis

Langzeit-Wärmespeicher



Heißwasser-Wärmespeicher(60 bis 80 kWh/m³)

Erdbecken-Wärmespeicher(60 bis 80 kWh/m³)

Aquifer-Wärmespeicher(30 bis 40 kWh/m³)

Erdsonden-Wärmespeicher(15 bis 30 kWh/m³)



Solarer StädtebauOder im Einfamilienhaus?



Solarer StädtebauUltrahaus in Rottweil und Berlin (15 bis 20 m³-Speicher, um 1995)



Solarer StädtebauEFH mit saisonalem Wärmespeicher in Österreich (1997)

Investitionskosten von Langzeit-Wärmespeichern



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Inve

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ent [

€/m

³]

Speichervolumen in m³ Wasseräquivalent [m³]

gebautStudieHeißwasser (HW)Kies-Wasser (KW)ErdwärmesondenAquifer

Neckarsulm(1. Ausbau)

Rottweil (HW)

Hamburg

Friedrichshafen (HW)

Berlin-Biesdorf

Chemnitz

Rostock

Steinfurt

Bielefeld

Hannover(HW-HLB)

Ilmenau(HW-GfK)

Kettmann-hausen (HW-GfK)

Crailsheim

München

Crailsheim

Eggenstein

Geldwertkorrektur

Vergleich von Primärenergieverbrauch und Kosten zukunftsfähiger Wärmeversorgungssysteme von Wohnbauten



Primärenergie-verbrauch

Passivhaus 1) Solare Nahwärme mit saisonalem Wärmespeicher

(50 % Deckungsanteil)

Geothermie(Erdwärmesonden

und Wärme-pumpe, COP 3,0)

Heizwärme (Gas-Brennwert)

15 kWh/m²a 30 kWh/m²a (50 % von 60 kWh/m²a)

0 kWh/m²a

Warmwasser (Gas-Brennwert)

25 kWh/m²a (EN-Wert)

12 kWh/m²a (50 % von 25 kWh/m²a)

0 kWh/m²a

Strom (deutscher Kraftwerksmix)

70 kWh/m²a 58 kWh/m²a 140 kWh/m²a

Gesamt: 110 kWh/m²a 100 kWh/m²a 140 kWh/m²a

Mehrkosten EFH 8 bis 10 % ca. 5 bis 7 % (aber Effizienzfrage)

ca. 10 % 2)

Mehrkosten MFH 3 bis 7 % 3 bis 5 % Platzknappheit für Sonden

(Quelle: 1) Passivhausinstitut, Darmstadt 2) Förderprogramm Baden-Württemberg)



Kostendaten zur Geothermie

HH,FN: Fehler

Bis Rostock

Neu: zwei Linien Cr und M, beide z.Z. WP

Roadmap Solarthermie 2020 (BMU)



Prognos AG, Wuppertal Institut, IER Uni Stuttgart, ITT DLR Stuttgart etc. :Große Wärmespeicher werden zur Solar- und Abwärmespeicherung notwendig!

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1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020Jahr

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Warmwasser (EFH/ZFH)

Kombianlage (EFH/ZFH)

Warmwasser (groß)

Kombianlage (groß) oder Wärmenetz

Wärmenetz mit Saisonspeicher

Roadmap Solarthermie 2020 (BMU)



mit oder ohne WP

mit WP

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Wärmenetz mit SaisonspeicherKombianlage (EFH/ZFH)

Warmwasser (EFH/ZFH)Kombianlage (groß) oder Wärmenetz

Warmwasser (groß)

ansteigender solarer Deckungsanteilam Gesamtwärmebedarf

5 %

50 %

Solarthermie2000plus



Arbeitskreis Langzeit-Wärmespeicher

seit 1995 Realisierung von Forschungsprojekten in der Praxis

F+E-Bedarf vorhanden und bekannt

1996: ca. 40 Cent/kWh

2007: 20 - 24 Cent/kWh

2020: 10 Cent/kWh

Ziel 2020: Marktreife der saisonalen Wärmespeicher



Solarthermie2000plus: Arbeitskreis Langzeit-Wärmespeicher

Wirtschaftlich-technischeProgrammbegleitung

Forschungspartner

IGS, Uni BraunschweigITW, Uni StuttgartZAE Bayern, Garching

Ing.-büro Lichtenfels,KelternPKi, Stuttgart

HGC, Hamburg

AK Langzeit-Wärmespeicher

ILEK, Uni StuttgartThermo- und Fluiddynamik,TU Ilmenau TT, TU Chemnitz

EGS-Plan, Stuttgart GTN, NeubrandenburgDr. Sanner, Lahnau

Fördergrenzkosten in Solarthermie2000plus



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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65Deckungsanteil am gesamten Wärmebedarf des Gebäudes bzw. der Siedlung [%]

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100 m²200 m²500 m²1.000 m²2.000 m²5.000 m²10.000 m²

Basis:Neubau Wohngebäude (- siedlung)mit spezif. Heizenergiebedarfvon ca. 65- 85 kWh/(m² WF ·a);Kollektoren in/auf Schrägdach

Kollektorfläche: Absoluter obererGrenzwert

Übersicht der Pilotanlagen aus Solarthemie-2000 / 2000plus



Hamburg (1996)33,000 m² Wohnfläche,4,050 m² Flachkollektor,

12,000 m³ Heißwasser

25,000 m² Nutzfläche,5,300 m² Flachkollektor,

63,300 m³ Erdwärmesonden

Chemnitz, 1. BA (2000) Im Bau

2007: München CrailsheimEggenstein-Leopoldshafen

Attenkirchen (2002)

Steinfurt (1998) Rostock (2000) Hannover (2000)

14,800 m² Wohnfläche,3,000 m² Flachkollektor,4,500 m³ Heißwasser

Friedrichshafen (1996) Neckarsulm (1997)

3,800 m² Wohnfläche, 510 m² Flachkollektor,

1,500 m³ Kies/Wasser

7,000 m² Wohnfläche, 1,000 m² Solar-Roof,

20,000 m³ Aquifer

7,365 m² Wohnfläche, 1,350 m² Flachkollektor,2,750 m³ Heißwasser

4,680 m² Nutzfläche, 540 m² Vakuum-Röhren,

8,000 m³ Kies/Wasser

6,200 m² Wohnfläche, 800 m² Solar-Roof 9,850 m³ Hybrid-

Wärmespeicher



Zusammenfassung und Perspektiven

Ziel 2020: Marktreife der saisonalen Wärmespeicher für hohe solarthermische Deckungsanteile und

www.solites.de

Abwärmespeicherung

Materialien und Konstruktionen, die dauerhaft der hohen Belastung von bis zu 95 °C heißem Wasser(dampf) standhalten

Zwei Entwicklungslinien: Großvolumige Wärmespeicher über 1000 m³ und Pufferspeicher zwischen 5 und 500 m³.

Havariesicherheit der gesamten Speicherkonstruktion

Mehrfachnutzen von Wärmespeichern

Integraler Planungsprozess, branchenübergreifend

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