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