Sand als Wärmespeicher

Der Josef hat da ein interessantes Projekt, ich hab versucht, das wesentliche aus dem Video rauszuhören:

- Sandspeicher mit 11m³ Sand (er sagt, das sind 22.000kg)

- ringsum 30cm Dämmung, keine bzw. nur unzureichende Dämmung am Boden und an der Decke

- Solarkollektoren (thermisch) mit 15kW Gesamtleistung wärmen den Sandspeicher vor

- ein Heizstab mit 4kW Leistung im Sandspeicher wird von der PV-Anlage (14 kWp) betrieben (er will aber einen weiteren Heizstab mit 6kW einbauen)

Zum Drehzeitpunkt (draußen liegt noch Schnee) hat der Sandspeicher noch 15...19 °C. Er muss im Winter mit Holz zuheizen. Der Sandspeicher reicht ihm (aufgeladen) bis zu 14 Tage (wahrscheinlich in der Übergangszeit).

Der Ansatz ist nicht schlecht, entspricht im Grunde einem sehr großen Nachtspeicher-Ofen. Die Temperatur im Sandspeicher liegt lt. Josef bei max. 60-70°C.

Aber man braucht den Platz für 20t Sand und für die PV- und ST-Kollektoren. Und man muss das System ganzjährig betreiben (wegen der ST-Kollektoren)

Der Sandspeicher in Finnland ist ein Hochtemperaturspeicher mit 500°C. Der kann dann mehr Wärmeenergie einlagern (Masse mal Temperatur) als ein Niedrigtemperaturspeicher gleicher Größe. Allerdings muss man die hohen Temperaturen erzeugen. Das geht eigentlich nur elektrisch und dann hat man halt nur 20% Wirkungsgrad (im PV-Kollektor Wandlung von Sonnenlicht in Strom), während der ST-Kollektor 80-90% der eingestrahlten Sonnenenergie in Wärme umwandeln kann.

Hört sich interessant an, aber das mit dem Platz ist schon ein Problem, besonders wenn es um innerörtliche Lagen mit mehreren Parteien geht. Je nach vorhandener Infrastruktur bieten sich Parkplätze und Straßen an. Bei den Parkplätzen mit gleichzeitigem PV und Solarthermie Überbau, bei den Straßen als lange Wurst (so dick wie möglich wegen Verhältnis Oberfläche/Volumen), also gemeinsamer Energiespeicher. Gerne an geeigneten Punkten (analog zu den Trafohäuschen) Hochtemperatur Wärmepumpen die einen zentraleren Speicher in der 300-500°C Klasse versorgen, eventuell da dann effektivere Stromproduktion zur Energieabfuhr im Sommer.

Nebenbei könnte man dafür vielleicht auch anfallenden Aushub verwenden der wegen diverser seltsamer Regeln sonst über weite Strecken zu einer Deponie transportiert werden müsste, in so einem Speicher wäre der "hochproblematische Sondermüll" ja von der Umwelt durch die Isolierung getrennt.

Ja, Einbau wäre nur bei eh anfallenden Sanierungen wirtschaftlich und der Ab- bzw. Regenwasserkanal dürfte platzmäßig Hauptkonkurrent sein. In Neubaugebieten - Alternative oder als Zusatz zur Fernwärme - denkbar. Landwirtschaft eventuell sehr gut, gerade wenn es um Trocknungsprozesse geht, relativ niedrige Temperaturen und Platz ist auch meist da.

Zitat von PapaHotel

So wirklich passt das hier nicht, aber ich möchte keinen extra Thread aufmachen. Hat einer von Euch schon mal von einem Sand-Wärmespeicher gehört? Bin über den Artikel hier gestolpert:

Bei uns musst Du mit dem Stichwort "Schotterspeicher" suchen. Gibt es schon lange, ist halt was zum messen und forschen, effizient ist es eher nicht.

Für uns wäre bzgl. Wärmespeicher interessant, wenn es Tarife gibt, günstigere Windstrom in Überschusszeiten nutzen zu können. z.B. heute.

Wäre z.B. was für Kommunen mit Wärmenetzen und WKA in der Nähe, so dass man nicht durchs öffentliche Netz muss.

Bei PV gibt es das schon häufiger, als ein beispiel:

Vorreiter der Wärmewende: Aus Photovoltaik-Strom wird Nahwärme (gp-joule.com)

Günstige Nahwärme für die Bürger aus Wind und PV (sofern man für das Heizsytem nicht durchs öffentliche Netz muss) ist auch wesentlich einfacher machbar als günstiger Bürgerstrom aus diesen Anlagen.

Das Schöne ist: Es funktioniert tatsächlich gut

Zumindest für Personen mit Grundstück sollte der Platz doch nicht so das Problem sein. Wenn ich ein Loch mit 4*4*4m aushebe habe ich Platz für 27m³ Sand, den ich ja durch das Loch schon habe und dazu überall eine eine 50cm Dämmung. Mache ich das Loch 5m tief kann ich auch Gras über die Sache wachsen lassen. Zumal das dann in gewisser Weise auch wieder durch den Boden mit Erdwärme nachgeheizt wird. Mit einer Wärmepumpe zum Auslagern bestimmt ein gutes Konzept.

Noch besser wäre eine Kugel. Da hat man weniger Außenfläche. Sobald der Speicher durch die Wärme komplett getrocknet ist sollten auch über 100 Grad eigentlich kein Problem sein. Kann nur besser sein als die paar Cent für Solarstrom.... zumindest auf 20 Jahre gerechnet.

Das geht nur bei entsprechenden Böden, bei uns kommst du nach 30-50cm auf brüchigen Fels. Da ist dann schweres Gerät angesagt und ab 2m Tiefe hat man es dann mit gewachsenem Gestein zu tun, dann hilft nur sprengen...

Der im Video gezeigte "Josef-Speicher" mit 22t Sand reicht dem Tüftler für maximal 14 Tage. Da wird es schwierig, Wärme aus dem Sommerhalbjahr ins Winterhalbjahr hinüber zu retten. Was man nicht erfährt, ob und wie sein Haus wärmegedämmt ist. Bei freistehenden (Einfamilien-)Häusern würde ich statt eines Wärmespeichers für die Heizung zunächst so gut wie möglich dämmen und eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung einbauen (ein "Bayernlüfter" bringt da schon viel, es muss keine aufwändige KWL-Anlage mit zig Metern Rohrregister sein). Denn ein gut gedämmtes Haus hat ja auch schon die Funktion eines Wärmespeichers mit vielen Tonnen Masse. Da muss ich im Idealfall dann nur geringe Wärmeverluste durch die Gebäudehülle und die Lüftung nachliefern.

Gut finde ich dagegen seinen Ansatz, die Speichermasse mit der Solarthermie vorzuwärmen , denn die liefert auch im Winter, sobald man halbwegs Sonne hat, deutliche Plustemperaturen. Wir machen das mit Solarthermie bei unserem Warmwasserspeicher, der als Schichtspeicher arbeitet. Ganz unten in dem isolierten 300l-Tank ist der Zulauf des kalten Frischwassers aus der Leitung - bei uns im Winter durchaus nur 5-7 Grad "warm". Darüber ist der Wärmetauscher der Solarthermie-Anlage angeordnet und im oberen Drittel der Wärmetauscher der Pellet-Heizung, ganz oben dann die Entnahme für das warme Brauchwasser. Das bringt bei uns den Effekt, dass ich selbst im Winter bei Frost Temperaturen von 15...25 Grad aus dem Kollektor in den Schichtspeicher holen kann, sobald ich etwas Sonnenstrahlung habe (da reicht auch diffuses Licht durch eine Wolkendecke). Und dann muss ich mit dem Pelletkessel das Brauchwasser nicht von 5 Grad auf 55-60 Grad bringen, sondern von ca. 20 Grad ausgehend.

Im Realeinsatz ist z.B. die Bauteilaktivierung.

Dabei wird Beton im Gebäude als zusätzlicher Wärmespeicher verwendet.

Diese Anlagen bedürfen allerdings eines guten Planers um die höchst mögliche Effizienz zu erreichen - daran scheitern viele Projekte

Es gibt wieder die "ist eh üblich, das setzten wir Standardmäßig ein" Fraktion und die "wir machen es ordentlich". Es gibt also riesige Unterschiede im Einsatz.

Persönlich kenne ich zwei große Anlagen im laufenden Betrieb und die Ergebnisse sind hervorragend!

Bei ungedämnten häusern kann man auch heizleitungen außen anbringen und dann dämmen.

Da reich3n dann vorlauftemperaturen 2-5 grad über der gewünschten raumtemp.

Vorteil: man muss innen nicht viel verändern

Zitat von Traumgarten

heuzrihrvazßen

?

Ich wirble bisweilen auch Buchstaben herum, aber da komm ich jetzt nicht mehr drauf.

Zitat von Milty

Zumindest für Personen mit Grundstück sollte der Platz doch nicht so das Problem sein. Wenn ich ein Loch mit 4*4*4m aushebe habe ich Platz für 27m³ Sand, den ich ja durch das Loch schon habe und dazu überall eine eine 50cm Dämmung.

Kann man ja alles machen, allerdings ist in diesem Temperaturbereich Wasser als Wärmespeicher vielfach überlegen. Billiger, einfacher, umweltfreundlicher, höhere Wärmekapazität und die beiden wichtigsten Punkte: Schichtung und dramatisch bessere Wärmeleitung.

Warum also Sand?

Sand hat nur ein Fünftel der Wärmekapatzität von Wasser, bei allem was unter hundert Grad bleibt ist Wasser überlegen, auch vom handling her. Sand hat erst bei Temperaturen weit über hundert Grad seinen Vorteil weil Wasser dann nicht mehr so gut zu handlen ist.

Zitat von Cephalotus

Warum also Sand?

Weil man nach oben hin nur in Abhängigkeit zum Isolationsmaterial ein Maximum hat. Ich kann also zumindest aus Photovoltaik den Strom deutlich länger einspeisen. Habe ich auch Warmwasser, lade ich bis 100 Grad mit beiden Überschüssen und danach mit Strom weiter. Außerdem vermischt sich Wasser. Wenn ich Sand aufheize dient der Sand nach außen hin quasi weiter als Isolation.

Wasser hat allerdings den Vorteil der Latenz. Im Übergang von Eis zu Wasser steckt in etwa soviel Energie wie von 0 auf 80 Grad. Allerdings muss dann der ganze Tank inklusive Wärmetauscher auch frostfest sein.

Will man beide Vorzüge nutzen ist ja auch eine Kombination vorstellbar. Direkt nebeneinander vergraben würden sich die Speicher ja zumindest an einer Seite gegenseitig warm halten.

Ist der Eisspeicher unter Erdumgebungstemperatur könnte man durch einen weiteren Wärmetauscher sogar Erdwärme in den Wassertank nachpumpen.

Ein Sandspeicher hält übrigens deutlich länger.

Zitat von PapaHotel

Nachdem das "große System" in dem Artikel mit über 500 Grad arbeitet, könnte das einer der Punkte sein. Ich habe Wasser Menge x, das ich auf 100 Grad +/- aufheizen kann. Dem Gegenüber steht dann Sand, den ich auf 500-600 Grad aufheizen kann. Das würde heißen, dass ich deutlich mehr Wärme speichern kann, als das bei Wasser der Fall ist (mit der Einschränkung, dass der Platzbedarf entsprechend steigt). Klingt für mich nach einem schlüssigen Argument.

Du hast bei 500°C aber auch einen viel, viel höheren Wärmeverluste (sehr relevant für einen Langzeitspeicher) und Du musst die Wärme sinnvoll raus bekommen. Mit Wasser geht das nicht, das gibt ne Dampfexplosion.

Die hohe Wärmekapazität hast Du nur, wenn Du auch eine hohe TemperaturDIFFERENZ hast, nicht be einer hohen Absoluttemperatur. Ein Sandspeicher, der von 100-500°C geht muss auch mit entsprechender Wärmeausdehnung klar kommen und auf der Nutzerseite brauche ich irgendwas, was bei 100°C genauso funktioniert wie bei 500°C.

Das mag alles gehen, muss man aber bedenken.

Zum Speichern sehr hoher Temperaturen nimmt man üblicherweise Salzschmelzen. Es gibt auch Überlegungen über Stahlspeicher (Wärme) in Kraftwerken, die aber dann, wenn man nur kurzzeitig speichert und hohe Leistungen braucht.

Ein Vorteil von Wasser als Wärmespeicher ist, dass es sehr mobil ist; man kann also den Speicher an einem anderen Ort entladen als wo er beladen wird. In der Praxis ist Wasser also Speicher- und Transportmedium zugleich.

Das bedeutet auch, dass man im Gegensatz zu Feststoffspeichern mit wenig Aufwand nur Teile der Energie herausholen kann, ohne dass die nutzbare Temperaturdifferenz immer kleiner wird. Jeder Boiler mit Nachtstromaufheizumng kann das. Da Wasser aufgrund des temperaturabhängigen Dichteunterschiedes thermisch gut schichtet, falls man die Ein- und Auslässe des Speichertanks richtig ausführt, ist Vermischung in der Praxis kein Problem.

Weil das Wasser im geschlossenen Heizkreis eingesperrt ist, findet keine Korrosion mehr statt, sobald der gelöste Sauerstoff aufgebraucht ist, es darf also so bäh werden wie es will. Hier drängt sich der Vergleich mit der Luft im Autoreifen aus, die riecht auch nicht gut wenn man den Reifen ablässt aber das stört nicht.

Was man mit 5 Kubikmetern glühendem Sand in der Praxis anfangen soll, wäre dann auch noch die Frage.

Ich finde auch das Sand einfacher zu handhaben ist wie Wasser.

3mx3mx2m=18m³ könnte ja fast bei jeden freistehenden EFH möglich sein.

Das ganze in der Erde eingegraben und mit einer Dämmung von 20cm aussenrum sollte nicht so schlecht sein.

Die Frage ist halt am Ende wieviel Energie kann ich speichern und wie hoch ist der Verlust pro Tag.

Würde bedeuten das man z.b mit diesen Kollektoren das ganze erwärmt?

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Jahreserzeugung ca. 525 kWh richtig?

Wie hoch ist ungefähr der Heizbedarf bei 100m²?

Ich rechne jetzt mal mit 100kWh/m² x 100 m² =10.000 kWh

Bei einem Neubau wäre es dann die Hälfte...

Das heißt ich bräuchte 20 von den kleinen Kollektoren...

Da könnte die 10kWp PV Anlae die deutlich günstigere Variante zur Energieerzeugung sein.

Ohne die Verluste der Speicherung, Verlust während der Speicherung und Verlust bei der Entnahme.

Der finnische Hersteller des Speichers

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