HEIZEN mit Eisspeicher und MISCANTHUS

Heizen mit Eis

http://www.3sat.de/mediathek/?mode=play&obj=24632  eisspeicher

nano: Bericht29.04.2011

Energie aus dem Eis

Wasser wird abwechselnd gefroren und aufgetaut
Das Heizsystem "SolarEis" gewinnt Wärme aus Eis. Dabei nutzt eine Wärmepumpe die Kristallationswärme, die beim Gefrierprozess frei wird.

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Bericht29.04.2011

Chinesisches Schilf in deutschen Heizungen

Forscher setzt auf Miscanthus als Biotreibstoff
Das Chinaschilf Miscanthus sinensis könnte den Energieträger der Zukunft liefern, so Prof. Ralf Bude vom Institut für Obst- und Gemüsebau.

http://www.3sat.de/mediathek/?mode=play&obj=24636


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umweltschonenden Heizung, die auf der Latentwärmenutzung von Wasser basiert. Dabei wird die Energie genutzt, die beim Phasenwechsel von Wasser zu Eis entsteht.

 

Heizen mit Eis

Eisspeicher

Der Eisspeicher ist eine weitere Form der Sole/Wasserwärmepumpe.

Der Vorteil des Eisspeichers gegenüber den anderen Sole/Wassersystemen ist, dass für den Einbau keine Genehmigung benötigt wird, da der Eisspeicher komplett mit Wasser (Leitungswasser oder Grundwasser) gefüllt ist und eine Leckage (Loch in einem technischen System) keine negativen Einflüsse auf die Umwelt bzw. das Grundwasser mit sich bringt.




Aufbau

Der Eisspeicher wird in ein ca. 4m tiefes Loch (z.B. im Garten) eingebracht.
Da ab einem Meter Tiefe immer einen Bodentemperatur von 8-12 °C herrscht, besteht keine Gefahr durch Bodenfrost.



Im Eisspeicher befinden sich 2 Wärmetauscher:

•  der Entzugswärmetaucher (im Innern des Eisspeichers) und
•  der Regenerationswärmetauscher (an der Außenwand des Eisspeichers)

Der Eisspeicher wird mit herkömmlichen ca. 12.000 l Wasser befüllt.

Auf dem Dach des Hauses werden Solarkollektoren für die Erwärmung des Wassers im Eisspeicher montiert.

Des Weiteren wird eine Sole/Wasserwärmepumpe benötigt. Diese wandelt die im Eisspeicher entstehende Energie in Wärme um.


Funktionsweise

Der Eisspeicher nutzt die sogenannte Kristallisationswärme. Diese Kristallisationswärme wird freigesetzt, wenn ein Stoff seinen Aggregatzustand von flüssig nach fest ändert.

Wasser mit einer Temperatur von 10°C hat eine Energie von 40 Kilo Joule (kJ).
Wasser mit einer Temperatur von 0°C hat eine Energie von 339 kJ.

125 Liter gefrorenes Eis hat somit die gleiche Energie wie ein Liter Heizöl.

Die Sole/Wasserwärmepumpe entzieht dem Eisspeicher seine Energie und läßt dadurch das Wasser gefrieren. Sie wandelt die Energie im Eisspeicher in Wärmeenergie um.
Dieser Vorgang erfolgt im Entzugswärmetauscher.

Die patentierte Vereisung, die von innen nach außen funktioniert, verhindert ein Sprengen des Behälters beim Vereisungsvorgang.

Das Einzigartige am Eisspeicher ist, dass er sich durch mehrere Umweltenergien immer wieder neu erwärmt:

• Solarkollektoren auf dem Dach
• Erdwärme (ab 1m Tiefe 8-12°C )
• andere Umwelteinflüsse (wie z.B. warmer Regen usw.)

Dieser Vorgang erfolgt im Regenerationswärmetauscher.

Durch das Schmelzen des Eises wird dem Wasser wieder Energie zugeführt. Diese Energie kann dann wieder durch die Wärmepumpe aufgenommen werden und in Heizwärme umgewandelt werden.
Das Kühlen im Sommer ist nun relativ einfach. Über das Heizungssystem (Heizkörper bzw. Fussbodenheizung) wird anstatt warmes einfach kaltes Wasser aus dem Eisspeicher gepumpt. Dadurch wird die Wohnung kühl. Man nennt dieses Prinzip „natural cooling".

Je nach Größe und Anforderung ändert sich selbstverständlich das bevorratete Wasservolume.
Für den Eisspeicher gibt es praktisch keine Einsatzgrenzen, solange das Wasservolumen ausreichend dimensioniert ist.

Das Thema "Heizen mit Eis" ist so interessant, dass der Fernsehsender Pro7 und das ZDF einen Beitrag darüber sendete.
Bei beiden Berichten war MHK Wärme & Kältetechnik mit beteiligt.

Den Beitrag von Pro7 finden Sie unter: 
http://www.prosieben.de/tv/galileo/videos/clip/147519-heizen-mit-eis-1.2375002/

Den Beitrag vom ZDF finden Sie unter: 
http://www.zdf.de/ZDFmediathek/beitrag/video/1304974/Heizen-mit-Eis#/beitrag/video/1304974/Heizen-mit-Eis

Speichern Sie Sonne für den Winter und Eis für den Sommer
Im Winter nutzen Sie die gespeicherte Wärmeenergie des letzten Sommers zum heizen. Im Sommer nutzen Sie die gespeicherte Kälteenergie des letzten Winters zum kühlen,
So funktioniert das Eisspeicher System
Im Winter nutzen Sie die Wärmeenergie des im Wasserspeicher enthaltenen Wassers zum heizen. Dem Wasser wird Wärmeenergie entzogen bis es zu Eis gefriert.	Im Sommer nutzen Sie die Kälteenergie des im Wasserspeicher gefrorenen Eises zum kühlen. Dem Eis wird die Kälte entzogen bis es wieder zu Wasser schmilzt.
Zudem kann während des ganzen Jahres dem Eisspeicher/Wasserspeicher kostenlose Sonnenenergie zugeführt werden. Diese Wärmeenergie kann zum heizen oder direkt für die Warmwasseraufbereitung genutzt werden.
Grosse Energiespeicherung dank Kristallisationsenergie Erstarrt Wasser von 0° Grad zu Eis wird dabei die gleiche Energiemenge (Kristallistationsenergie) frei die man braucht um Wasser von 0° Grad auf 80° Grad zu erhitzen. Das heisst dass man aus Wasser von 0° Grad Celsius die selbe Energiemenge gewinnen kann (bis es gefriert), wie bei der Abkühlung von 80° Grad heissem Wasser auf 0° Grad.
Vorteile
Mit einem Eisspeicher System sind Sie unabhängig von anderen Energiequellen. Im Gegensatz zu Grundwasser, Tiefenbohrungen, Flächenregister, entfällt ein aufwändiges Bewilligungsverfahren. Das Eisspeicher System ist preisgünstig und kann innert kürzester Zeit amortisiert werden

Ein anderer SAISONALER WAERMESPEICHER (mit salz) ist http://www.volksspeicher.de/

Mit Hilfe einer Wärmepumpe wird das gesamte Haus sowie das Brauchwasser aufgeheizt. Zentrales Element der Heizung ist - neben der Wärmepumpe - der Solar-Eis-Speicher. Das darin enthaltene Wasser speichert Wärmeenergie über Monate. Um noch effizienter zu arbeiten und die Wärmepumpe zu entlasten, werden natürliche Wärmequellen wie Sonnenenergie und Erdwärme angezapft und speisen den Solar-Eis-Speicher.

 

Weitere Informationen zum Solar-Eis-Speicher sowie der Technologie finden Sie in den folgenden Dokumenten:

• Der Solar-Eis-Speicher
• Vorteile des Solar-Eis-Speichers gegenüber der Geothermie
• Schema des Solar-Eis-Speicher in Kombination mit einer Dach-Kollektor / -Absorber
• IKZ-Fachplaner: "Heizen und Kühlen mit dem Solar-Eis-Speicher"
• TGA Fachplaner: "Saisonales Speicherkonzept senkt Energiekosten"

Es ist erstaunlich, auf welche einfache und nachvollziehbare Weise das System
„SolarEis" natürliche Wärmequellen kombiniert und nutzbar macht.

Während diese Technologie bisher nur für große Gebäude zur Verfügung stand, kann
sie nun auch im Einfamilienhaus eingesetzt werden.

 

„SolarEis" - ein ausgeklügeltes System kombiniert die Vorteile der Geothermie mit Solar- und Umweltwärmenutzung und ermöglicht dank Latentwärmespeicher die Nutzung von Sommerwärme im Winter.

Ein preiswerter Energiespeicher der Wärme des Sommers verlustarm bis in den Winter speichern kann, könnte einen Großteil unserer Energieprobleme lösen. Leider sind die am Markt befindlichen Speicher entweder zu teuer, oder haben zu große Verluste.
Aus diesem Grund geht der SolarEis-Speicher neue Wege und konserviert Energie nahezu verlustlos auf niedrigem Niveau in einem im Erdreich geschützten Speicher. Das Speichermedium ist eines der besten und gleichzeitig preiswertesten – Wasser,
bzw. Eis. Eine wichtige Voraussetzung um diese Form der Energie nutzbar zu machen ist eine Wärmepumpe. Geladen wird der Speicher im Sommer mit Solarenergie. In der Übergangszeit und im Winter lädt Umweltwärme den Speicher ständig nach – das
Einzigartige - auch nachts oder bei Regen. Ein relativ einfacher und preiswerter SolarLuft-Kollektor nimmt die Umweltwärme auf und gibt diese an den SolarEis-Speicher weiter. Wer darüber nachdenkt zu kühlen, hat mit diesem System die Option
eine äußerst umweltfreundliche und energiesparende Kühlung zu realisieren, da auch „Kälte" des Winters bis in den Sommer gelagert werden kann. Das Prinzip „SolarEis" verknüpft fast verloren gegangenes Wissen unserer Großväter mit der Effizienz der
neuesten Generation der Wärmepumpe.

Um die wesentlichen Eigenschaften des Prinzips „SolarEis" in wenigen Worten
zusammenzufassen, können folgende Argumente genannt werden:

 

• Wärmequelle für Wärmepumpen – keine Erdbohrung notwendig
• Kein Genehmigungsverfahren, keine wasserrechtlichen Auflagen
• Nutzung von Solar-, Umwelt- und Erdwärme zum Heizen
• Heizenergiekosten drastisch reduziert
• Hohe „Arbeitszahl", bzw. hohe Effizienz der Wärmepumpe
• CO2-Ausstoß drastisch reduziert
• Vorhandene Solaranlagen integrierbar – „solare Wärmepumpe" erhöht Effizienz
• Kälte im Sommer nahezu ohne energetischen Aufwand und Kosten nutzbar
• Optionale Nutzung des Speichers als Regenwasserspeicher

Argumentation SES gegenüber einer geothermischen Wärmepumpenanlage
für kleine Anlagen im Einfamilienhaus:

 

• Zeitgarantie - lange Vorlaufzeit für Genehmigung und Bohrung entfällt.
• Fertighaushersteller können betriebsfertige Wärmepumpenanlage kurzfristig garantieren.
• Preisgarantie - im Gegensatz zur Erdbohrung sind SES-Anlagen zuverlässig kalkulierbar.
• Ertragsgarantie - im Gegensatz zu SES-Anlagen ist die Leistung von Geothermieanlagen stark vom (teilweise) unbekannten  Untergrund abhängig und schwierig kalkulierbar.
• Genehmigungsverfahren entfällt / Risiko der Nichterteilung entfällt.
• Erd- und Grabarbeiten im Garten deutlich geringer.
• Risiko der Bohrung entfällt (jede Bohrung birgt Risiken –Grundwasserschichten, Druckwasser, Leistung…).
• Umweltrisiko entfällt (kein Glykol im Erdreich / Grundwasser).
• Thermische Belastung des Erdreichs entfällt (Abkühlung des Erdreichs / Grundwassers).
• Risiko der Beschädigung, bzw. Leistungsminderung der Bohrung im Laufe der Lebensdauer entfällt, da Reparaturen im SES  jederzeit möglich.
• SES im Frühjahr und Sommer als Regenwasserzisterne nutzbar.
• Schnittstelle um Solarenergie über Wärmepumpenanlage nutzbar zu machen.
• Langzeit-Solarwärmespeicher: Solarwärme aus dem Herbst im Winter verfügbar.
• Thermischer Sonnenkollektor kann optional eingebunden werden – Erhöhung der Effizienz.
• Kostenlose und umweltneutrale Kühlung im Sommer optional möglich.
• Investitionskosten vergleichbar.
• Wirtschaftlichkeit vergleichbar (im Sommer besser).
• Warmwasserbereitung (und Schwimmbaderwärmung) im Sommer durch solare Einbindung (SolarLuft-Kollektor und thermische Solaranlage) deutlich wirtschaftlicher.

http://www.youtube.com/watch?v=zWNXQNXEvyI

http://www.youtube.com/watch?v=XpFV0k4HlCY

in verb mit bodenheizung
http://www.youtube.com/watch?v=zLQIgAaK_Us


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Riesen-Chinaschilf (Miscanthus × giganteus) ist eine natürliche Kreuzung aus dem Chinaschilf (Miscanthus sinensis) und Miscanthus sacchariflorus. Es stammt ursprünglich aus Japan. Um 1935 wurde Miscanthus × giganteus von Japan über Dänemark nach Mitteleuropa eingeführt.

Riesen-Chinaschilf verfügt über den sogenannten C4-Metabolismus, eine unter bestimmten Umweltbedingungen besonders ergiebige Form der Photosynthese; daher zeichnet sich die Pflanze, verglichen mit den C3-Pflanzen, unter bestimmten klimatischen Bedingungen durch eine besonders hohe Biomasseleistung aus. Sie kann auch im europäischen Raum Wuchshöhen von bis zu vier Metern erreichen und wird deshalb vermehrt als nachwachsender Rohstoff zur energetischen und stofflichen Nutzung angebaut.

Beim Riesen-Chinaschilf handelt es sich um einen triploiden Hybriden mit 57 Chromosomen, der durch eine Hybridisierung einer tetraploiden Form von Miscanthus sacchariflorus mit 76 und einer diploiden Form des Chinaschilfs (Miscanthus sinensis) mit 36 Chromosomen entstanden ist. Die Pflanze vereint entsprechend Merkmale beider Ursprungsarten.

Wie alle Miscanthus-Arten ist sie mehrjährig und bildet ein sprossbürtiges Rhizom, aus dem die Pflanzen austreiben. Der Spross erreicht eine Höhe von drei bis vier Metern mit lanzenförmigen, teilweise erektophilen Blattspreiten, wodurch eine optimale Lichtnutzung erreicht wird. Wie andere C4-Pflanzen, etwa Mais und Zuckerrohr, zeichnet sich Miscanthus durch eine sehr ergiebige Photosynthese aus, die zu einer starken Biomasseproduktion führt. Dabei werden pro Megajoule absorbierter Strahlung etwa 2,5 Gramm Biomasse gebildet

Riesen-Chinaschilf ist als Naturhybride in Japan zu finden, wobei ein genauer Entstehungsort für die Kreuzung nicht bekannt ist. Angenommen wird eine Entstehung in einer subtropischen Region Zentraljapans.



Die als nachwachsender Rohstoff angebaute Sorte kann in warmen Sommern auch in Mitteleuropa blühen, jedoch keine keimfähigen Samen ausbilden. Eine unkontrollierte Ausbreitung über Rhizom- oder Wurzelstücke gilt als unwahrscheinlich, da Miscanthus als C4-Pflanze im Frühjahr nur eine sehr langsame Wuchsentwicklung verzeichnet und somit sehr konkurrenzschwach gegenüber heimischen Pflanzen ist.

In Mitteleuropa wird Riesen-Chinaschilf von einer großen Artenzahl von Kleinlebewesen wie Spinnen und Käfern als "Überwinterungsquartier" genutzt. In den über den Winter aufgeräumten Agrarlandschaften nutzen Rehe und Wildschweine die Miscanthusbestände als Zufluchtsort.

In den Ursprungsgebieten als Rohstoff für Matten und Flechtwerk zum Sicht- und Windschutz sowie als Futterpflanze bekannt und in Mitteleuropa lange Zeit nur als Zierpflanze in Gärten eingesetzt, rückte Riesen-Chinaschilf Ende der 1970er Jahre bei der Suche nach alternativen Energiequellen in das Blickfeld von Forschung und Entwicklung. Die Pflanze wurde nicht nur als möglicher Biomasselieferant, sondern auch als Faserpflanze untersucht. Wegen des möglichen hohen Trockenmasseertrages (15 bis 25 Tonnen je Hektar nach Versuchen des baden-württembergischen Landwirtschaftsministeriums[2]) spielte sie von nun an eine gewisse Rolle als nachwachsender Rohstoff.

Ende der 1980er-Jahre wurden große Hoffnungen auf die Pflanze gesetzt. In den Jahren 1991 bis 1994 fand von Seiten der deutschen Bundesregierung und der VEBA OEL AG eine intensive Forschungsförderung zur Biomassebereitstellung sowie zur energetischen und stofflichen Nutzung von Miscanthus × giganteus statt. Die Rohstoffpflanze konnte damals die hohen an sie gesetzten Erwartungen nicht erfüllen. Hohe Auswinterungsverluste im Pflanzjahr, hohe Pflanzgutkosten, Lagerungsprobleme aufgrund der geringen Schüttdichte, fehlende Verwendungsmöglichkeiten des gewonnenen Rohstoffes sowie eine fehlende Wirtschaftlichkeit standen nach Projektbeendigung noch als Kernprobleme einem großflächigen Anbau entgegen.

Einige der ursprünglich vorhandenen Probleme konnten mittlerweile durch Forschungsförderung und durch Pioniergeist innerhalb der Landwirtschaft gelöst werden. So konnte durch die Entwicklung der Rhizomvermehrung das Problem der Auswinterungsverluste verringert und die Pflanzgutkosten auf weniger als die Hälfte reduziert werden. Mittlerweile haben sich eine Vielzahl von unterschiedlichen Verwendungsformen von Riesen-Chinaschilf etabliert, die von der stofflichen Nutzung in Leichtbetonbausteinen [3], über Tiereinstreu, bis hin zur energetischen Nutzung in Biomassefeuerungsanlagen reichen. Aufgrund stark angestiegener Heizölpreise (seit 1994 um mehr als den Faktor 5) stellt sich mittlerweile die Wirtschaftlichkeit auch in Hinblick auf andere Konversionsprozesse (z.B. Verflüssigung, Pyrolyse) weit positiver dar.



Inzwischen findet das schnellwüchsige Chinaschilf wegen seines hohen Brennwertes und seiner günstigen Kohlendioxidbilanz in gewissem Umfang Verwendung als Brennstoff zur Energiegewinnung in Biomasseheizkraftwerken. Pilotprojekte existieren in Österreich und Deutschland. In Österreich sind Förderungen des Anbaus über den Umweg der Stilllegungsprämie der Landwirtschaftskammer möglich.

Ein wesentlicher Vorteil von Riesen-Chinaschilf ist der relativ hohe Trockenmasseertrag pro Hektar in Verbindung mit einem sehr geringen Wasserbedarf.[2] Vorteilhaft ist auch die Verlagerung der Nährstoffe aus den Blättern in das Rhizom gegen Ende der Vegetationsperiode. Dadurch ist der Düngungsbedarf dieser Pflanze gegenüber anderen Nutzpflanzen reduziert. Durch die mehrjährige Ernte ohne jährliches Ansäen entfallen auch die jährlichen energieintensiven Bodenaufbereitungsarbeiten, was die Energiebilanz deutlich gegenüber anderen nachwachsenden Rohstoffen, wie zum Beispiel Raps als pflanzlicher Kraftstoff verbessert.[7]

Von Nachteil für den Produzenten sind die geringen Anbauerfahrungen, die hohen Investitionen für das Pflanzgut und die bei mehrjährigen Kulturarten dauerhafte Flächenbindung, die einer schnellen Reaktion auf Änderungen der EU-Agrarpolitik entgegenstehen.

Durch die relativ geringe Schüttdichte ist, abgesehen von den oben genannten Anbauproblemen, ein Transport über längere Wegstrecken unrentabel. Bei einer nahen Verwendung zur Förderung einer regionalen Energieunabhängigkeit ist dieser Umstand allerdings wegen der kurzen Wege nicht mehr als Nachteil zu betrachten. Abhilfe kann außerdem ein Pelletieren des Rohstoffes schaffen; die ersten Pelletierversuche befinden sich aber noch im Anfangsstadium. Erprobt hingegen ist bereits die Brikettierung: Mit hydraulischen Brikettierpressen lassen sich Briketts mit einem Durchmesser von 5 bis ca. 7 cm wesentlich kostengünstiger herstellen als Pellets mit einer Pelletiermaschine.

Problematisch ist immer noch die Schlackenbildung bei der Verbrennung des Häckselgutes, das – ähnlich wie Stroh – einen hohen Siliziumanteil aufweist und daher nicht in allen Hackschnitzelfeuerungen verbrannt werden kann. Durch das wachsende Interesse, nicht zuletzt wegen der steigenden Rohölpreise, ist aber eine verstärkte Entwicklung seitens der Heizkesselhersteller zu beobachten.



Auch im Bereich der stofflichen Nutzung findet das Riesen-Chinaschilf zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten. Als Zuschlagstoff zu Leichtbetonbausteinen bietet es den Vorteil, die Dämmeigenschaften des Betonkörpers zu verbessern. In Deutschland findet es bislang nur Verwendung als Füllmaterial für Spanplatten, die Anbaufläche für diese Nutzung entspricht maximal 50 ha (Heyer 2008) und damit einer Gesamtmasse von maximal 1.500 t Trockenmasse. Darüber hinaus könnte es zukünftig gemeinsam mit Kurzumtriebsholz als lignocellulosereicher Rohstoff für die Versorgung der Bioraffinerietechnologie von Bedeutung sein.

Riesen-Chinaschilf verlagert über die Wintermonate einen Großteil der im Spross vorhandenen Nährstoffe in das unterirdische Speicherorgan (Rhizom). Dieser Verlagerungsvorgang geht einher mit einer Abnahme des Feuchtegehaltes der oberirdischen Sprossmasse. Aus zwei Gründen sollte deshalb erst in der Zeitspanne von Januar bis März geerntet werden:

   1. die in das Rhizom verlagerten Nährstoffe stehen der Pflanze im Frühjahr für einen kräftigen Wiederaustrieb zur Verfügung.
   2. die zu erntende oberirdische Sprossmasse ist bereits auf zirka 18–20 % Feuchtegehalt abgetrocknet und kann meist ohne eine technische Nachtrocknung einer energetischen Nutzung (etwa durch Verbrennung) zugeführt werden.

Ideal als Erntezeitpunkt hat sich die Phase unmittelbar nach einer trockenen Frostperiode gezeigt. Auch sollte darauf geachtet werden, dass die Blätter bereits größtenteils abgefallen sind. Die nährstoffreichen, sich auf dem Boden zersetzenden Blätter, geben die Mineralien dem Pflanzenbestand wieder zurück und helfen somit den Nährstoffkreislauf zu schließen. Ein hoher aschereicher Blattanteil kann zudem in Biomassefeuerungsanlagen zu technischen Störungen führen. Je nach anschließendem Verwertungszweck kann mit einem Feldhäcksler mit reihenunabhängigem Schneidwerk (Häckselkette) oder mit einem Mäh-Knick-Zetter (Ballenlinie) geerntet werden. Für die Ballenlinie wird das Erntegut anschließend auf Schwad gelegt und zu Ballen gepresst. Auch gibt es bereits Kombinationen, in denen das gehäckselte Erntegut über den Schlepper in eine angehängte Presse überführt wird.[10] Dies bietet den Vorteil, dass das Erntegut keinen Bodenkontakt erfährt und somit weniger Fremdstoffe (Erde, Sand, nasse Blätter etc.) enthält und damit bessere Verbrennungseigenschaften besitzt. Je nach Standortbedingungen sind Erträge von 10–20 t Trockenmasse/ha*Jahr möglich. Bei optimaler Wasserversorgung, zum Beispiel durch Beregnung kann auch mit weit höheren Erträgen gerechnet werden, die bis zu 25–30 t Trockenmasse/ha reichen können.

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