Wärmepumpen Vor und Nachteile?

Hans Werner Sinn hat auch schon was von 250GW Leistungsbedarf erzählt, wenn '1 Million Elektroautos gleichzeitig um 19:00 an Schnellladesäulen stehen und mit 250kW laden'.

Den kann man doch gar nicht mehr ernst nehmen. Aber ich hör mir seinen Beitrag nachher auf dem Nachhauseweg an...

Ob die Menschen als Ganzes die Kurve kriegen, ist dahingestellt. Aber die Lösungen, wie das ginge, die sind alle schon da. Da muss nichts erst noch erfunden werden. Nur die Kröte geschluckt. Weltweit.

Ein 'weiter so' und 'mehr mehr mehr' wird letzten Endes zu einer der möglichen Antworten auf das Fermi Paradoxon führen.

Ja, sie muss weltweit geschluckt werden. Primär in Form von Geburtenkontrolle. D hat derzeit weniger als 2% Anteil an der Misere.

Zitat von ASeitzinger

Aber ich hör mir seinen Beitrag nachher auf dem Nachhauseweg an...

Das war ja eine längere Vorlesung, so dass ich einige Nachhausewege und auch einen Abend im Hotel dafür gebraucht habe.

Was mir bei seiner Betrachtung der erforderlichen Speicherkapazität gleich aufgefallen ist: er berechnet überhaupt nicht, wie sich Überkapazitäten bei der EE-Erzeugung auswirken.

Es ist ja klar, dass der Speicherbedarf wieder sinkt, wenn die Formel nicht mehr

EE-Erzeugung = Energieverbrauch

lautet, sondern

mögliche EE-Erzeugung >> Energieverbrauch

also Überkapazitäten geschaffen werden - so wie sie bei herkömmlichen Kraftwerken ja auch vorgehalten werden müssen. Und je mehr Überkapazität hier verfügbar ist, desto seltener müssen fossile Kraftwerke einspringen.

Das ist der Zustand, den man mit einer großen PV-Anlage erreicht. Gerade an nicht so sonnigen Tagen bringt ja auch der Zubau an weniger begünstigten Stellen noch mal richtig viel. Im Winter zählt jedes kWp, denn hier wird besonders viel teurer Netzstrom ersetzt.

Der Zubau meiner letzten PV-Anlage hat gerade im Winter und in der Übergangszeit richtig was gebracht. Im Sommer macht er nicht mal so viel aus, weil ich eine nicht so vorteilhafte Fläche belegt habe und ohnehin der Wechselrichter jetzt fast Faktor 2 überbelegt ist.

Eventuell könnte man mit dem 'Überschussstrom' im Sommer jetzt heißes Wasser in Großspeichern erzeugen - mit einen gut isolierten unterirdischen 40.000l-Speicher käme ich im Winter auch ganz schön weit, was Heizwärme angeht. 40.000l sind eine völlig überschaubare Größe - der Heizöltank, der in meinem Garten vergraben ist, hat ja auch schon 10.000l.

Wenn Du an die Überlegung anknüpfen willst, schlage ich aber einen neuen Thread vor...

Der 40000 l Speicher wird allerdings sehr teuer werden. Da denke ich eher an feuchte Erde, sehr gut zu allen Seiten isoliert und Heizschlangen für eine Wärmepumpe drin. Da könnte das Temperaturniveau auch bei etwa 40 Grad bleiben...

Ich denke der Aufwand an Erdarbeiten und Kosten für einen isolierten Tank sind viel zu hoch.

Da denke ich fährt man mit einem Grabenkollektor besser, zumindest in den extrem kalten Monaten, wenn man hohen Wärmebedarf hat.

Aber die neuen Propan Wärmepumpen leisten in 9-10 Monaten des Jahres exzellente COPs von über 4.

Für die 2 schlechten Monate des Jahres lohnt es sich einfach nicht so ein riesiges Investment vorzuhalten.

Da hilft nur Windkraft im Winter und evtl. eine Nordbelegung (bei flachem Dach) oder evtl. auch eine

Südfassade mit PV. In den paar Sonnenstunden natürlich die WP voll laufen lassen. Um die Mittagszeit hat die WP dann auch den besten COP

Zitat von ASeitzinger

mit einen gut isolierten unterirdischen 40.000l-Speicher käme ich im Winter auch ganz schön weit, was Heizwärme angeht.

Na ja, für einen 40.000 Liter Speicher, der mit einer Wärmepumpe genutzt wird, könnte man theoretisch unter idealen Voraussetzungen eine nutzbare Differenztemperatur von 90 K ansetzen. Bei 40 m3 ergibt das 40*90*1,16= 4.176 kWh Speicherkapazität. Da kann jeder für sich ausrechnen wie weit er damit kommt.

Wenn man an sowas denkt, sollte man m.E. besser einen Eisspeicher installieren. Der hat eine ähnliche Wärmekapazität, braucht aber weit weniger Aufwand für die Isolierung.

Zitat von BHKWFiasko

Da denke ich eher an feuchte Erde, sehr gut zu allen Seiten isoliert und Heizschlangen für eine Wärmepumpe drin. Da könnte das Temperaturniveau auch bei etwa 40 Grad bleiben...

Mit der Idee habe ich mich auch schon beschäftigt. Die Frage ist dabei, wie viel von der in den Boden eingeleiteten Wärme am Ende des Tages tatsächlich zur Nutzung übrig bleibt, und ob der Aufwand sich dafür lohnt.

Zitat von remag

Da denke ich fährt man mit einem Grabenkollektor besser,

Sehe ich auch so. Wenn man schon gräbt, könnte man natürlich beides machen – d.h. im Sommer überschüssige Wärme aus der Solarthermie (PV-Strom wäre mir dafür zu schade) über den Grabenkollektor (oder wenn das technisch nicht geht über ein im selben Graben parallel verlegtes Rohrsystem) in die Erde abführen und dort für den Winter speichern. Es bleibt die Frage, ob der wiedergewinnbare Teil der so gespeicherten Wärme groß genug ist um den Aufwand zu rechtfertigen.

ich überschlag das später mal...

Bei einem Neubau würde ich so einen Speicher ins Haus integrieren. Dann hätte ich mit den Wärmeverlusten schon kein Problem. Als Nachrüstlösung wäre der im Garten vergraben. Der Gedanke bei einem Heißwasserspeicher ist halt, dass ich ihn genau dann einsetzen kann, wenn ich aus meiner Haus-PV (und aus dem Netz wegen 'Dunkelflaute') nur wenig bzw. wegen variabler Tarife teuren Strom bekomme.

hab das jetzt mal überschlagen. Wenn ich mich nicht verrechnet habe, dann bekomme ich bei einem Würfel mit 3,5m Kantenlänge, 30cm Dämmstoffdicke mit WLG032, Erdtemperatur 10°C, Speichertemperatur 90°C Verluste von 630W , das sind am Tag 15kWh, im Monat 450kWh

Das ist reichlich viel...

Die tatsächliche Situation wird ein wenig besser ausschauen (außer das Ding liegt im Grundwasser), weil ja der Sand drum herum auch eine Wärmedämmwirkung hat.

Der Speicher hat einen Wärmeinhalt von 3000kWh bei einer Abkühlung bis 30°C.

Macht man daraus einen Würfel mit einer Kantenlänge von 7m und einer Dämmstoffdicke von 0,6m, sieht die Situation so aus:

Wasserinhalt 343 m³

Energieinhalt 24.000 kWh

Verluste pro Tag 30kWh

Verluste pro Monat 900 kWh

Einfach mal so als Gedankengrundlage.

Menschen haben schon größere und tiefere Löcher gebaggert.

Wenn ich mein Haus zu Grunde lege: wir brauchen an einem Wintertag um die 0°C ganz grob 60-70kWh.

Wenn es 20 richtige Mist-Tage gibt, an denen weder PV noch Wind deutschlandweit irgend etwas reißen, dann wären das 1200kWh, die aus so einem Speicher zu entnehmen wären.

Es würde also für 20 Häuser reichen, wenn ich nur die absoluten Mist-Tage im Winter aus so einem Speicher bediene und ansonsten auf PV + Wind setze.

wie gesagt: nur als Gedankenspinnerei, um mal bisschen die Größenordnungen kennen zu lernen

Zitat von ASeitzinger

nur als Gedankenspinnerei

So sehe ich das auch.

Macht es nicht mehr Sinn, richtige Projekte zu machen ?

Wenn du jetzt den Speicher nur als Niedertemperaturspeicher für deine Wärmepumpe nutzt wären die Verluste weitaus geringer.

Und dann reicht auch eine normale Tiefenbohrung für die Wärmepumpe.

Rechne mal grob aus wieviel Beton und Baustahl und Isolierung du für deinen Würfel brauchst.

Das rechnet sich niemals.

Zitat von remag

Wieviel Beton und Baustahl

Ich würde das nicht mit Beton und Baustahl machen. Wenn ich so etwas tatsächlich planen würde, dann wäre mein gedachter Speicher aus mehreren z.B. 10.000l oder 20.000l Einzelspeichern aufgebaut, die fabrikmäßig vorgefertigt werden. Ähnlich dem Heizöltank, der in meinem Garten vergraben ist.

Wahrscheinlich würde ich den Speicher zur Hälfte unterirdisch bauen. Eine Grube ausheben, mit XPS auskleiden. Die erste 'Lage' Tanks im Sandbett. Dann mit Sand eine Zwischenlage und die nächste Lage Tanks drauf. Mit Sand abdecken. Den Teil, der oberirdisch ist, mit einem z.B. Holzrahmen in Form halten.

Wie gesagt, das ist ein Gedankenexperiment, um zu zeigen, wie sehr so etwas mit dem Volumen skaliert.

Evtl könnte man auch eine 'Grube' mit Folie auskleiden und das Innere auch mit Sand füllen. Dann braucht man den schon nicht abzufahren. Wasser dazu, Wärmetauscher rein...

Wie gesagt, nur als Gedankenexperiment, wie man Energie aus dem Sommer in den Winter retten könnte. Als Low Tech Lösung für ein Quartier.

Bei einem Neubau wird so ein Speicher zentral im Haus eingebaut - einen entsprechenden Entwurf für ein Nullenergiehaus habe ich schon Mal gesehen.

In größerem Maßstab heißt so was Aquiferspeicher

Ob sich so etwas 'rechnet', hängt vom Energiepreis im Winter ab.

Wie teuer die Erstellung so eines Speichers wäre, das weiß ich nicht. Wir haben ein typisches Haus aus den 70'ern, in dem ein Schwimmbad im Keller geplant war. Das haben wir zwar mit einem Deckel zugemacht und nutzen den Platz darunter als Lagerplatz, aber da könnte man etwa 50.000l heißes Wasser in einer gedämmten Hülle z.B. in IBC puffern. Kosten? Wenn man den Platz nicht braucht, kostet das 50 leere IBC, Isolierung, bisschen Rohre und Pumpen.

Wie gesagt: Gedankenexperiment zum Zeigen der Größenordnung

Meiner Meinung nach können solche Saisonspeicher-Lösungen nur Sinn machen, wenn man erstens ein sehr gut gedämmtes Haus hat und zweitens wegen der herrschenden Voraussetzungen der Aufwand sich in Grenzen hält. Klar, wenn man ein ungenutztes Schwimmbecken im Garten hat und deswegen schon mal kein Loch mehr graben muss, dann lohnt es sich vielleicht darüber nachzudenken. Auch das Integrieren eines Saisonspeichers ins Haus (der steht dann als runder Turm in der Mitte, wie früher der Bergfried in einer Ritterburg) ist bei sehr gut gedämmten Neubauten vielleicht sinnvoll. Wenn von vornherein nur 20 kWh Heizwärme pro Quadratmeter und Jahr verbraucht werden (d.h. 2.800 kWh für ein übliches EFH plus Warmwasser), dann kommt man mit einer großen Solarthermie-Anlage (Vakuumröhren senkrecht an der Südfassade, damit auf dem Dach Platz für PV bleibt), einer Wärmepumpe und einem Saisonspeicher schon ziemlich weit.

Aber als Ersatz für eine Öl- oder Gasheizung in einem Bestandsgebäude (selbst in einem energetisch sanierten Haus) sehe ich so etwas nur in Ausnahmefällen. Wenn man den Garten aufgraben will und kann, nimmt man besser eine Sole-WP – da ist dann der Boden der Saisonspeicher. Und ansonsten dürfte unterm Strich der Aufwand bei einer Luft-WP am geringsten sein. Die werden auch immer besser (siehe Lambda-WP), und für die wenigen wirklich kalten Tage oder einen Stromausfall ist es besser, wenn man einen Kachelofen in Reserve hat.

Zitat von sailor773

Meiner Meinung nach können solche Saisonspeicher-Lösungen nur Sinn machen, wenn man erstens ein sehr gut gedämmtes Haus hat

Saisonspeicher würde ich nicht in einzelnen Häusern denken, weil sie nur mit zunehmender Größe witschaftlich werden. Mit der Größe sinken die relativen Kosten UND die relativen Verluste. Dazu braucht man Quartiere oder Wärmenetze mit entsprechender Anzahl, z. B. 20 Wohneinheiten aufwärts.

Wenn man das konsequent durchdenkt, kann es durchaus was bringen, weniger in die Isolation der Häuser zu stecken und dafür mehr in den Saisonspeicher. Dann kann man "billige" Solarthermie vom August in den Januar und Februar verlagern. Kleine Speicher können das nur, wenn sie mittem im Haus stehen und die Verlustwärme auch Heizwäme ist.

Zitat von bluwi

Quartiere oder Wärmenetze mit entsprechender Anzahl, z. B. 20 Wohneinheiten

Genau das habe ich mir bei meiner überschlägigen Rechnung auch gedacht.

Baue ich so einen Speicher für mich alleine, brauche ich ab August unfassbar viel Energie nur dafür, um den Speicher bis Mitte Dezember auf 90°C zu halten.

Baue ich ihn aber für die umliegenden 20 Häuser, dann müsste jedes Haus pro Tag 0,75kWh Energie beisteuern, um den Speicher auf Temperatur zu halten. Das schafft selbst eine kleine PV an einem traurigen Tag.

Das müsste man natürlich im System denken. Wie viel Geld sollte in die Erzeugung und wie viel in die Speicherung investiert werden? Versuche ich, alle Überschüsse vom Sommer zu speichern? Oder investiere mehr in die Versorgung und hab dafür auch bis weiter in den Herbst rein ausreichend Überschüsse.

In diesem Video wird das z.B. für Strom, Wind und Batterie durchgerechnet:

Rethinking Energy 2020-2030: 100% Solar, Wind, and Batteries is Just the Beginning

Und das ist genau der Punkt, den ich meine, wenn ich sage: Die Möglichkeiten, CO2-frei zu werden, sind alle bereits erfunden. Wir müssen nicht auf Kernfusion, Wasserstoff und e-Fuels warten. Sondern die Möglichkeiten anwenden, die es bereits gibt.

Das Problem sind die extrem hohen Investitionen im Bestand. In Neubausiedlungen wären das gute Konzepte.

Im Bestand ist eigentlich nur PV, Brauchwasserwärmepumpe und BHKW sinnvoll. Im Bestand könnten auch BHKW und Luftwärmepumpe in gemeinsamer Nutzung funktionieren.