Planung einer neuen Heizungsanlage - Ein HV als Spitzenlastbrenner für eine Brennstoffzelle ... so die Planung im Moment - ralf_ausB

Hallo liebe Mitglieder,

ich plane eine neue Heizungsanlage. Hier die Eckdaten für die neue Anlage:

Wie wird Dein Haus im Moment beheizt?

Zur Zeit heizen wir mit einer Gasbrennwerttherme

Wie groß ist die zu beheizende Wohnfläche m² (Bitte nur Ziffern eingeben)?

120

Steht das Haus in kalter hochgelegenen Gegend,oder Flachland?

Das Haus steht am Stadtrand von Berlin in einem geschützten Waldstück.

Einschätzung der Wärmedämmung des Hauses (sehr gut/gut/mittel/schlecht/ oder wird demnächst)(Fenster/Türen/Keller/Boden)?

Das Haus ist 2000 als Niedrigernergiehaus in Holzbauweise gebaut worden.
Die Wärmedämmung ist sicher gut bis sehr gut.

Wie hoch war dein bisherige Energieverbrauch lt/m³/KWh (Öl,Gas,Strom) im Jahr?

Gasverbrauch pro Jahr liegt bei etwa 15000 KWh - in kalten Jahren bis zu 17000 (bislang 1x)

Stückholz? (Je nach Außentemp und Puffer Volumen 1 max 2 x am Tage heizen und wenn Kessel nach x Stunden leer ist nachfüllen) Holz muß gekauft werden > ins Grundstück transportieren > auf entsprechende Länge gesägt > gespalten > gestapelt > jenach Holzart mind. 2 - 3 Jahre trocknen jedes Jahr für sich
Pellet? (Die Beschickung des Kessel funktioniert automatisch über Förderschnecke. Man muß trotzdem täglich kontrollieren) Ein Vorratsbunker der trocken sein muß in der Nähe des Kessels - Alternativ gibt es gr. BigBags
Solar geplant?

Die Beheizung des Spitzenlastbrenners sollte nicht öfter als 1x am Tag an kalten Tagen nötig werden.
Geheizt wird mit Stückholz.
Lagerfläche auf dem Grundstück ist ausreichend - selbst für das Ablagern von Frischholz.

Hast Du schon eigene Vorstellungen über welchen Kessel Typ (Stückholz/Holzbrikett, Pellet etc.) und wie viel KW Heizleitung der neue Kessel haben soll?

Zu Typ des Kessels habe ich noch keine Vorstellung. Da hoffe ich auf Vorschläge. Grob überschlagen hat unser Häuschen eine Heizlast von max. 5 KW. Daher denke ich, dass ein 20KW-Kessel reichen sollte. Die geplante Brennstoffzelle wird eine Grundlast von 700 Watt thermischer Energie im optimalen Betriebsbereich liefern und im etwas ineffizienterem maxmimale Bereich 1000 Watt rund um die Uhr.

Wie soll Die WarmWasser Bereitstellung er folgen, Wärmetauscher im Puffer; Externen WW Puffer;Externer Wärmetauscher oder anders?

Warmwasser soll durch einen Hygienespeicher im Durchlaufverfahren erzeugt werden.

Man rechnet für das Puffer Volumen ab 55 lt/Kw. Die BAFA verlangt für die Kessel 55 lt/Kw. Der ideale Wert liegt bei 100 lt/Kw. Gedanken gemacht über das Fassungsvermögen (lt.) der dazu benötigten Puffer?

Meine derzeitige Überlegung - ohne tiefgehendes Wissen über die hier im Forum versteckten Schätze - geht von einem 1500 Liter Puffer aus ... als Kompromiss zwischen Bequemlichkeit und Platzbedarf im Keller. Eigentlich mag ich nicht über einen zweiten Tank nachdenken ... wenn es allerdings sehr zu knapp ist mit 1500 Litern muss ich wohl. Hier brauche ich klar noch Beratung.

Ist die nötige Stellfläche dafür vorhanden einschließlich der Puffer/Ausdehnungsgefäß/Pumpen etc.?

Ja, Fläche ist da.

Hast Du schon mit Deinem zuständigen Schornsteinfegermeister darüber gesprochen?

Nicht über HV ... aber er weiß, dass eine Brennstoffzelle kommt und die Anlage komplett umgemodelt wird. Sehe aber kein Problem ...

Hast Du schon bei einem Heizungsbauer ein Angebot machen lassen?

Nein ... wir sind in der groben Planung und Machbarkeitsabschätzung ... Ihr dürft also aus dem Vollen schreiben.

Hast Du schon "genügend" (abhängig von der Kessel Kw) Holz getrocknet
auf dem Grundstück zu liegen? Hast Du genügend Fläche im Grundstück zur Lagerung des Holzes?
Bedenke Holz muß zwischen 2 und 3 Jahre an der Luft (oben abgedeckt) trocknen können. Jede Holzlieferung getrennt lagern (Verwechslungsgefahr)

Holz für den Start ist ausreichend vorhanden und auch kurzfristig zu beschaffen.

Weitere Informationen:

Ich wage mich mal an ein scheinbar noch recht neues Konzept zur Beheizung unsere Wohnraumes.
Dazu ist geplant eine Brennstoffzelle als Grundlasterzeuger zu betreiben und die fehlende Differenz durch einen Holzvergaserkessel in Spitzenzeiten bereitzustellen.
Die Brennstoffzelle läuft 24h am Tag und kann systembedingt nicht mal schnell ab- und angeschaltet werden. Eine geringe Modulation der Leistung ist kurzfristig möglich.
Die thermische Leistung der Zelle liegt zwischen 360 W und 1000W ... also nicht wirklich viel, aber auch nicht zu vernachlässigen, wenn ich von meiner max. Heizlast von unter 5 KW ausgehe. Grob geschätzt wird die Zelle etwa 1/3 der Heizung an "normal" kalten Tagen um den Gefierpunkt schaffen. In den Sommermonaten gehe ich davon aus, dass die Zelle komplett ausreicht, um den Warmwasserbedarf (4 Personen "Nur-Duscher") zu decken.
Was ich also brauche ist ein Kessel, der lange mit niedriger Leistung brennt, um optimal die Brennstoffzelle zu unterstützen und nicht zu viel Puffer in zu kurzer Zeit "vollmacht". Andererseits brauche ich natürlich ein ausreichendes Puffervolumen, um die Heizintervalle möglichst lang zu halten. Dazu noch dies: Wir heizen unser Haus auch derzeit schon teilweise komplett mit einem Kaminofen im Wohnzimmer (14KW Spitze, wird aber immer weit darunter gefahren). Der Ofen wäre mein Notfall-Anker, wenn ich die Anlage mal "zu kalt" gefahren habe und plötzlich Wärme brauche.
Was ich dringend brauche sind Gedanken und Nachfragen zu diesem Konzept ... und Empfehlungen zu Kesseln.
Auch komplettes in Frage stellen wäre denkbar ... da aber nicht vernachlässigen, dass ich eine gehörige Protion "Öko" in mir trage und das heizen mit einem regenerativen Träger einen ordentlichen "Denkbonus" bekommt
Noch ein Datum, was beim nachdenken evt. wichtig ist: An wirklich kalten Tagen unter -10° C außen reicht eine Vorlauftemperatur von 49° C, um es sehr behaglich zu haben.
Keine Fussbodenheizung, Flächenheizkörper.
Ich freue mich über Ideen und bislang nicht aufgedeckte Fallen in diesem Konzept.

Vielen Dank

Zur Brennstoffzelle ...
Es gibt da mehrere Varianten, wie man da herangehen kann und jeder Hersteller macht es ein wenig anders ... klar, es gibt noch keinen richtigen Massenmarkt, der etabliert ist. Geht gerade erst los mit der Produktion in gößeren Stückzahlen. Daher hätte ich gern auch noch 1-2 Jahre gewartet. Nur leider ist unsere Therme anderer Meinung und stirbt gerade den Tot des zugesetzten Brenners.
Es gibt die "Einfach rein und fertig"-Lösungen in Form von Kombigeräten. Dort sind Brennstoffzelle und Spitzenlastbrenner in Form eines Gasbrennwertgerätes vereint. Puffer dazugestellt und dann zusehen, dass es irgendwie klappt. Diese Systeme sind für die Heizung "optimiert" und die Brennstoffzelle wird in den warmen Monaten abgeschaltet. Dann ist alles wie mit einer normalen Gastherme. Der durch die Zelle erzeugte "Nebenbei"-Strom ist nur ein netter Nebeneffekt. Die Gebäudespezifik bleibt in den Systemen, wie immer bei vorgedachten Lösungen von der Stange, außen vor.
Die andere Variante liegt darin, das Hauptaugenmerk auf die optimierte Stromerzeugung zu legen und eine einzelstehende Brennstoffzelle zu stellen und den Rest der Anlage daran anzupassen - was ich gerade versuche. Der Vorteil liegt in einer ganzjährigen, kontinuierlichen Stromerzeugung und einer gelieferten Grundlast an Wärme. Wenn es dann noch gelingt den selbsterzeugten Strom möglichst umfassend selbst zu nutzen, dann kommt man schnell in Bereiche einer Amortisation weit unter 10 Jahren. Für die Nutzung des Stromes haben wir die Umstellung auf E-Mobilität geplant. Hier gibt es noch reichlich Detailfragen, zB muss ich den Ladestrom ja auf die gerade gelieferte Leistung der Zelle begrenzen, sonst kauf ich ja wieder Strom dazu. Am Ende wird es wohl einen haufen Stromzähler geben und Einiges was automatisiert geregelt werden muss.
So jetzt noch was zu den Zellen selbst. Die Dinger sind furchtbar Träge und haben Anlaufzeiten von mehreren Tagen (!!) und wollen dann nicht abgeschaltet werden. Die Erzeugung von Strom findet durch die Umwandlung von Erdgas, was in der Zelle vorher in reinen Wasserstoff aufbereitet wurde, statt. Dies kann in Hochtemperaturzellen oder bei niedrigeren Temperaturen stattfinden. Naturgemäß wird die Hochtemperaturzelle für den Heizzweck besser sein.
Die Zellen selbst können in gewissen Grenzen in der Leistung modulieren, so dass man eigentlich eine recht Hohe Flexibilität erreichen können sollte, wenn die Hersteller ausreichend Regelungs- und Anpassungsmöglichkeiten liefern würden. Der Wirkungsgrad von echten 85% bis teilweise an die 90% ran (Herstellerangaben - Vorsicht!) sollte schon aufhorchen lassen.
Im Moment sind mir eigentlich nur 3 Typen von Brennstoffzellen bekannt:
Die Hexis AG hat eine selbstentwickelte Zelle am start ... ist aber von Viessmann gekauft worden, die eigentlich ein anderes System von Panasonic einsetzen. Diese Zelle liefert ordentlich Wärme und bietet einen guten Output an Strom. Durch die Kooperation mit Viessmann sehe ich ein Problem mit konzerninterner Konkurrenz und kann nicht beurteilen, ob beide Systeme nebeneinander in einer Firma bestehen können. Was überlebt ist unklar ...
Die meisten bekannten Marken setzen bei den Brennstoffzellen auf Panasoniczellen, die zwar recht bescheidene Leistungswerte haben, dafür aber schon seit Jahren in Japan im Echtbetrieb laufen.
Das dritte System kommt von Solidpower und ist ebenfalls eine Eigenentwicklung mit Blick auf die optimierte Stromproduktion. Diese Zelle ist als "Beistellgerät" konzipiert.
Eigen ist allen, dass die Hersteller noch nicht genügend Daten über ihre Produkte haben und sich den Betrieb meist vorbehalten - sprich sie wollen einen Wartungszugang zu den Zellen und die Möglichkeit einzugreifen, sollte mal was komplett aus dem Ruder laufen. Der Kunde "bezahlt" also auch hier mit Daten. Sollte man Wissen und vorher für sich abwägen, ob das ein Ausschlussgrund sein könnte.

So ganz weiß ich nicht, wohin der thread gehen wird ...
Wie wäre es mit "Brennstoffzelle als Grundwärmequelle"
oder mehr pathetisch "Uralte Holzheiztechnik als Retter der kommenden Brennstoffzellenheizung"
Wobei hier noch gar nicht klar ist, ob das funktioniert... Ich bin allerdings recht optimistisch...
oder ne klare Warnung als Start "Brennstoffzellen als Heizung niemals monovalent betreiben!"

edit: Das pezielle Thema Brennstoffzelle wurde kopiert nach "aus Forschung unf Technik" Brennstoffzellen als Heizung niemals monovalent betreiben

Moderator Jürgen

Das Problem bei dieser Zelle - konkret das System BlueGen von SolidPower - ist halt, dass es NIE reichen wird, um die Hütte ganzjährig warm zu bekommen. Dafür ist die Zelle nicht zum heizen ausgelegt.
Nicht das es falsch verstanden wird: Die Brennstoffzellen, die es jetzt für den eigentlichen Markt gibt, sind seit Jahren im Rahmen des Ene.field-Programms bei Endverbrauchern gelaufen und (End)Entwickelt worden. Unsicher im Sinne von Ausfallsicherheit oder instabilen System oder wie von Software her bekannt Bananenware kurz nach Alpha-Stadium sollte nicht vorkommen. Bestimmt gibt es noch Kinderkrankheiten, die aber vermutlich nur Details betreffen und dem eigentlichen Betrieb nicht im Wege stehen - damit beruhige ich mich jedenfalls bei der Planung .

... und ja eigentlich sollte der HV in der Lage sein, den Puffer voll zu laden. Allerdings habe ich einen Konflikt gefunden, von dem ich noch nicht weiß, ob es wirklich einer ist.
Folgendes: Die Brennstoffzelle fühlt sich am wohltsten, wenn die Rücklauftemperatur bei 30° C liegt. Ich habe noch keine Info bekommen, wie hoch die Rücklauftemperatur maximal sein kann. Im Moment gilt erstmal nur: Je höher die Rücklauftemperatur, desto geringer wird der Wirkungsgrad.
Der HV fängt aber erst an sinnvoll zu sein, wenn die Rücklauftemperatur > 55° ist.
So, jetzt bin ich zu uninformiert, um zu wissen wie sich so ein Schichtenpufferspeicher mit 1500 Litern verhält. Kann ich da im unteren Bereich Temperaturen um die 30° haben und oben 80° plus?
Auf jeden Fall bedeutet es, dass ich zwei getrennte Ladekreisläufe brauche. Vermutlich würde der HV "in der Mitte" von dem Speicher angeschlossen, damit er der Zelle nicht das "kühle" Wasser unten klaut und per Rücklaufanhebung von "oben" seine 55° bekommt.
Sind die 55° Rücklauftemperatur für den HV eigentlich "nur" Korrosionsschutz oder steckt da noch mehr Thermodynamik drin? Könnte man den HV nicht wie bei einem Brauchwasserspeicher durch eine Opferanode schützen und damit die Rücklauftemperatur senken?

Zitat Jürgen:
"Dann würde ich zuerst doch einen HV aussuchen und den Platz die Anbindung alles schon mit vorsehen."
... eigentlich denke ich im Moment genau anders herum. Meine alte Therme kann durchaus noch laufen ... nur wird sie nie mehr in den Brennwertbereich kommen, da der Brenner schon zu weit zugesetzt ist, um weniger als 40% Last zu fahren und ich selten mehr als 30% gebraucht habe. Daher könnte ich die Therme noch hängen lassen und den Ladekreislauf für das Warmwasser an den kommenden neuen Puffer anschließen. Warmwasser wird immer bei 100% Leistung bereitet ... da fällt der Defekt an der Therme also nicht auf und sie könnte noch ein bis zwei Jahre laufen und die jetzt nötige Investitionssumme für Zelle und HV über ein paar Jahre splitten - ABER ich will natürlich nicht in zwei Jahren wieder ALLES umbasteln und jetzt schon möglichst umfassend die endgültige Lösung mitdenken.
Also am liebsten wäre mir: Jetzt Zelle und endgültigen Puffer dazustellen sowie alle Anschlüsse vorbereiten und Steuerung anpassen. Wenn die Therme von der Wand fällt, oder ich keine Lust mehr auf "röhrenden Hirsch" habe, HV kaufen.

So, gestern war nochmal "Machbarkeitsgespräch".
Und siehe da ... sobald man nicht mehr über die Prospektdaten redet, ergibt sich für die Praxis ein ganz anderes Bild:
Aus der Brennstoffzelle - zumindest der BlueGen - kommt maximal ein "laues Lüftchen", was nie und nimmer reicht um auch nur ansatzweise einen Puffer zu laden. Delta T Rücklauf zu Vorlauf 2-3 °C bei 30°C Vorlauf - also der Zellen-Wohlfühltemperatur.
Weiterhin hat sich ergeben, dass die Zelle definitiv vor dem HV "geschützt" werden muss ... Wenn der den Puffer vollballert und auf 80°C durchheizt, schaltet die Zelle bei Rücklauftemperaturen um 60°C quasi ab.
Der Heizungsbauer hat jetzt wie er es sagt mal wieder "eine spannende Denksportaufgabe" mitgenommen und sucht nach einer Lösung, bei der der Rücklauf zur Zelle NICHT aktiv gekühlt werden muss. Ist auch irgendwie widersprüchlich, gewonnene Wärme ungenutzt abführen zu müssen.
Erste Idee ist tatsächlich ein guter Schichtenpuffer, wo sich unten die Zelle austobt und oben der HV.
Eine weitere Idee ist ein kleiner Wärmetauscher als separater Kreis für die Zelle, in dem das kalte Trinkwasser vorgewärmt wird bevor es in die eigentliche Frischwasserstation im Hauptpuffer geht und dort endgültig erwärmt wird. Die Lösung hat imho Charm ... die Zelle wird nie was mit dem HV zu tun haben und durch ihn beeinflusst werden ... und die wenige Wärme, die die Zelle liefert wird trotzdem genutzt. Dann sind wir aber weit weg von der Threadüberschrift, da der HV dann "nur" wieder Primärwärmequelle ist und höchsten ein Bischen "Nebenwärme" mitgenutzt wird... aber Hey! Willkommen in der Realität.

Legionellen sind hoffentlich kein Thema ... der angesprochene Wärmetauscher ist örtlich unmittelbar vor der FriWa-Aufbereitung und arbeitet genau wie die im Durchlaufverfahren, so dass der Inhalt eigentlich nie abstehen kann ... aber das hinterfrage ich nochmal.

Hau mich, aber nach den ja auch hier wieder bestätigten Diskrepanzen zwischen Datenblättern der Hersteller und Wahrheit traue ich keiner Wärmepumpe über den Weg. Zu dem hat mir mein Nachbar gerade erzählt, was ihm droht, wenn nach relativ kurzer Laufzeit der Anlage (eine Erdwärmepumpe) der Kompressor ersetzt werden muss ... aua, das waren Beträge, die mich doch abschrecken.
Mein Bauchgefühl sagt deutlich "Nein!" zu einer Wärmepumpe ... das Hirn hat sich noch keine gebildet.

@HJH
Vielen Dank für die unglaubliche Mühe der Erstellung Deines pdfs.

Ich fühle mich gerade leicht überfordert, das zu verstehen. Werde wohl noch ein paar dutzend Male drüberschauen müssen, um Ansatzweise alles zusammenzubekommen.

Eine Frage hat mich quasi sofort angesprungen ...
In dem Schema geht der Vorlauf des HV ziemlich weit oben in den Speicher. Muss ich das so verstehen, dass die Wärme "obendrauf" gelegt wird und sich nach unten in dem Speicher durchdrückt? Wäre es nicht besser den Ladekreislauf des HVs tiefer in den Speicher zu führen, um mehr Wärme pro Durchlauf in kühleres Wasser zu transferieren? Wenn man die Höhe in etwa dort trifft, wo die höchste Temperatur nach einem "Ladezyklus" beginnt, sollte man am Ende eines Brennzyklus doch wieder eine gute Schichtung haben, oder?
Oder habe ich einfach nur nicht verstanden, dass der Hv genauso über ein Schichtenladerohr lädt wie die Solaranlage in diesem Schema?

Nee ... wartet mal ... Der HV zieht sich das zu erwärmende Wasser ja aus dem Rücklauf ... also bei geschlossenem Heizkreislauf (keine Wärmeanforderung) aus dem unteren Bereich des Speichers. Somit wird oben Platz "frei" für das heiße Wasser aus dem Vorlauf des HV. Nix mit durchdrücken - zumindest nicht so wie ich es eben noch verstehen wollte - eher auffüllen und damit optimale Übertragung der Wärme aus dem HV. Wenn die Heizung Wärmebedarf hat wird (jetzt klar) auch im Speicher immer der Platz "frei" sein, der an zuviel heißem Wasser entsteht, weil es einfach kein "zuviel" geben kann (Hydraulik halt ... is Physik kann ich nicht ) ... Danke für's drüberreden ... schon das Hilft oft.