Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher
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Prof. Dr. Norbert Raschper Lehrstuhl technisches Immobilienmanagement EBZ Bochum Schleinitzstraße 16 38106 Braunschweig Tel. 0531/23808-0 Fax 0531/23808-99 [email protected] www.iwb-e.de Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher – Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeit KEAN-Tagung „Energieautarkes Wohnen“ Hannover, 27. Mai 2016 …P02/160527_KEAN_Hannover_Eisspeicher.pptx Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Unsere Kunden und Projekte • über 350 Kunden bundesweit • alle Größenordnungen und Gesellschaftsformen Wohnungsunternehmen Kommunen kirchliche Auftraggeber Sozialträger Gewerbeunternehmen Die Kunden der iwb Seite 2 von 25 Unterschiedliche Kugelgrößen = Anzahl der Kunden am jeweiligen Ort Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Kurzvorstellung Leistungsbereiche Seite 3 von 25 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Solarenergie und Wärmebedarf • Solarertrag und Wärmebedarf verhalten sich reziprok • Null-/Plusenergiehäuser benötigen Langzeitspeicher zwingend • Vom Sommer in den Winter ist insbesondere Wärme aber auch Strom zu speichern Seite 4 von 25 Bildquelle: http://www.ecoquent-positions.com/wp-content/uploads/2013/04/solarer-deckungsbeitrag.jpg Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Solare Nahwärme mit Langzeitspeicher Hannover-Kronsberg Thermische Solarkollektoren auf Ost/West-Häusern Solarspeicher aus Beton, später als Kinderspielplatz/Kletterhügel genutzt • 106 Wohneinheiten mit 7.366 m² Wohnfläche • 1.350 m² Solarkollektoren • 2.750 m³ Wasserspeicher zur Langzeitwärmespeicherung • Solare Deckungsrate = 40 % (Plan), ca. 30% (IST), Nachheizung aus Heizzentrale Seite 5 von 25 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Problem der Langzeit-Warmwasserspeicher • Temperatur Wasser im Speicher • • • ca. 40 – 65 °C Temperatur Erdreich ca. 10 °C oder Umgebungsluft entsprechend Witterung bzw. Raumtemperatur Transmissionsverluste müssen durch Wärmedämmung massiv reduziert werden Reduzierung Temperaturniveau erhöht Speichervolumen Seite 6 von 25 Bildquelle: http://up.picr.de/1793690.jpg Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Wärmespeicherung in Klimapfählen • Erdpendelspeicher kann Energie aus Erdreich aufnehmen und in Erde einlagern Sommerbetrieb: Wasser Wärmetauscher wird um bis zu 6 °C abgekühlt, Wärme aus Gebäude in Erdreich Winterbetrieb: Endzug von Erdwärme aus Erdpendelspeicher mit Hilfe Glykolwassernetz (Geothermie) Nur bei Pfahlgründung sinnvoll • • Seite 7 von 25 Quelle: GGM Facility Management, 2007 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Wärmespeicherung im Eisspeicher • Energieaufnahme bei Phasenwechsel Wasser/Eis nicht linear • Nutzung von Kristallisations- und Schmelzwärme (latent) • Latente Wärmeaufnahme sehr groß (80-fach zu sensibler Wärme) trotz gleichbleibender Temperatur Seite 8 von 25 Quelle: Vortrag B. Schwarzfeld, Ökoplan, Energiekonferenz VNW Hamburg, 2012 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Wärmespeicherung im Eisspeicher Seite 9 von 25 Quelle: Vortrag B. Schwarzfeld, Ökoplan, Energiekonferenz VNW Hamburg, 2012 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Wärmespeicherung im Eisspeicher Seite 10 von 25 Quelle: Vortrag B. Schwarzfeld, Ökoplan, Energiekonferenz VNW Hamburg, 2012 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Funktionsprinzip des Eisspeichers • Wasser im Speicherbehälter wird im Sommer durch regenerative Energiequellen auf ca. 10-15 °C erwärmt Im Winterbetrieb entzieht Wärmepumpe Energie mit Wasser-Glykol-Gemisch (Siedepunkt -51 °C) Das Wasser gefriert kontrolliert von innen nach außen am Entzugswärmetauscher Im Sommer wird über den Regenerationswärmetauscher wieder Wärme zugeführt und das Eis schmilzt Energiegewinn durch Phasenwechsel • • • Seite 11 von 25 Bildquelle: www.mhk-regenerativ.de Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Phasenwechsel im Eisspeicherbehälter • Maximaler Vereisungsgrad wg. Raumpuffer ca. 85 % • Perfekte Auslastung = Erreichung des max. Vereisungsgrads • • (März/April, Ende des Winterbetriebs, 1 Mal jährlich) Speichertemperatur schwankt zwischen -3 °C und 18 °C Niedrige Temperaturen verschiedener Wärmequellen nutzbar Seite 12 von 25 Bildquelle: Viessmann Eis-Energiespeicher GmbH Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Regenerations-/ Wärmequellen Eisspeicher Flachkollektor: derzeitiger Marktanteil ca. 90%, günstig und erprobt Vakuumröhrenkollektor: teurer als Flachkollektor, Absorber in evakuierter Röhre, Wärmeverluste werden minimiert Solar-Luftabsorber: nutzt vorrangig warme Umgebungsluft, Sonne nur als Energiezugabe, besonders hoher Wirkungsgrad • Fokus auf Solarenergie als am häufigsten genutzte und gut • erschließbare regenerative Wärmequelle Solarkollektoren absorbieren Sonnenenergie und wandeln diese in Wärmeenergie um Seite 13 von 25 Bildquellen: http://media3.heinze.de/media/63668/images/11939847px600x338.jpg, http://www.erdwaermepumpe.de/bilder/vakuu2.jpg, http://www.sbz-online.de/Cache/GENTNER/10024/0311-07-ABSORBER_MzQ1NDc3Wg.JPG Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Regenerations-/ Wärmequellen Eisspeicher • Eisspeicher ermöglicht Kombination verschiedener • • regenerativer Energiequellen Aktive Kühlung vermeidet Überhitzung gut gedämmter Häuser im Sommer und bietet Regenerationswärme Alles ist möglich?! Seite 14 von 25 Bildquelle: http://www.acturo.de/uploads/images/03-Produkte/Eisspeicher-Solarsystem/Solar-Eis-Speicher%20regenerative%20Energien%20575.jpg Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Energiefluss im Eisspeicher-System Seite 15 von 25 Bildquelle: Viessmann Eis-Energiespeicher GmbH Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Eisspeicher in der Praxis • Neubau der Gemeinnützigen Wohnungs-Genossenschaft • • 1897 Köln rrh. eG 10 Wohnungen und eine Wohngemeinschaft mit 8 Plätzen, 1.030 m² Wohnfläche Eisspeicher mit 130 m³ Fassungsvolumen Seite 16 von 25 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Eisspeicher in der Praxis • Investitionskosten brutto der GWG 1897 Köln rrh. eG: - Gesamtinvestition in Neubau: - Davon Photovoltaikanlage (ca. 70 m²) und Wärmepumpe (8.550 kWh p.a.): - Davon Steuerung Energiemanager: - Mehrkosten Heizung zu Gaszentralheizung: ca. 3.000 €/m² MF ca. 60 €/m² MF ca. 5,50 €/m² MF ca. 100 €/m² MF • Solar-Luftabsorber auf dem Dach • Photovoltaikanlage deckt Strombedarf der Wärmepumpe, • positiver Kosteneffekt auf Betriebskosten Ausstattungsbesonderheit: 2 Lithiumspeicher zur kurzfristigen Stromspeicherung für Wärmepumpe (Diskrepanz Sonne am Tag, Anforderung WP am Abend) Seite 17 von 25 Quelle: Schmies, R., Vortrag „Das Wohnungsunternehmen als Energieerzeuger“ Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Eisspeicher in der Praxis • Wärmepreis der GWG 1897 Köln rrh. eG für ihre Mieter: - Wartungskosten - Anteiliger Drittstromzukauf, Eigenstromkosten zu Null gesetzt - Energieverbrauch 30,12 kWh/m² p.a. (Effizienzhaus 55) - 6,95 ct/kWh • Allgemeingültiger Benchmark für Wärme: 8 ct/kWh • Wärmekosten näherungsweise gleich bei hohem Umweltstandard Seite 18 von 25 Quelle: Altmann, S., Der Eisspeicher, 2015 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Eisspeicher in der Praxis • Heizungsmodernisierung des Eisenbahnbauvereins Harburg eG • 483 Wohnungen, 27.000 m² MF, Gesamtinvest. ca. 200 €/m² • Eisspeicher mit 1.680 m³ Fassungsvolumen, Solar-Luftabsorber, • Mehrkosten gegenüber Gasheizung ca. 56 €/m² Halbierung der Heizkosten für die Bestandsmieter Seite 19 von 25 Bildquellen: www.harburg21.de/de/netzwerk/gelebte-nachhaltigkeit/eisenbahnbauverein-harburg/, http://www.abendblatt.de/img/harburg/ Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Eisspeicher in der Praxis • Neubau der Vivawest Wohnen GmbH in Köln • 112 Wohnungen, 7.560 m² Wohnfläche • Eisspeicher mit 1.200 m³ Fassungsvolumen, Solar-Luftabsorber • Gesamtinvestition ca. 2.381 €/m² • Umlagepreis Wärmekosten 0,52 €/m² monatlich Seite 20 von 25 Bildquellen: http://www.energieagentur.nrw.de/_images/editor/klimaschutzsiedlungen/K-Portz3.jpg, http://www.ksta.de/image/view/2012/11/20/21158826,17041385,highRes,maxh,480,maxw,480,Eistank.jpg Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Eisspeicher und Blockheizkraftwerk Wärmegeführt • Bei Betrieb eines stromgeführten BHKWs entstehen Wärmeüberschüsse in Sommermonaten Nicht absetzbare Wärme kommt in Eisspeicher Stromkosten 28 ct/kWh wichtiger als Wärmekosten 8 ct/kWh Regeneration Eisspeicher durch Wärmeüberschuss BHKW bei Senkung der Stromkosten durch Eigenproduktion • • Seite 21 von 25 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Wirtschaftlichkeit des Eisspeichers Masterthesis S. Altmann 2015 Wärmepreis Cent/kWh 12,00 10,00 Gaszentral 8,00 6,00 Eisspeicher 4,00 2,00 0,00 t1 t3 t9 t11 t13 t5 t7 Betrachtungszeitpunkte t15 Eisspeicher selbstproduzierter Strom Vollkostenberechnung inkl. Abschreibung und Betrieb, dynamische Investitionsrechnung • Wärmepreis Eisspeicher etwas teurer als Gas • deutlich bessere Ökobilanz und Förderung • Eigenproduktion Strom für Wärmepumpe im Eisspeicher macht Wärme sehr günstig Seite 22 von 25 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Fazit • Langzeitwärmespeicherung ist in Zukunft unabdingbar • Eisspeicher bietet Möglichkeit der verlustarmen und • • effizienten Langzeitspeicherung von Wärme Überschusswärme im Sommer aus zahlreichen Quellen Wirtschaftlichkeit über kluge technologische Einbettung (z.B. Eigenstromproduktion, stromgeführte BHKW) • Es fehlt an Praxiserfahrungen rund um den Eisspeicher Seite 23 von 25 Eisspeicher als verlustarmer Langzeitwärmespeicher Prof. Dr. Norbert Raschper Hannover, 27.05.2016 Immobilienwirtschaftliche Beratung Vielen Dank für Ihr Interesse! Prof. Dr. N. Raschper Geschäftsführer Tel. 0531 23808-10 E-Mail [email protected] iwb Entwicklungsgesellschaft mbH Schleinitzstraße 16 38106 Braunschweig www.iwb-e.de Seite 24 von 25
