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Man kann Sand auch ohne hohe Drücke auf über 100° erwärmen und spart so Kosten beim Speicher. Allerdings sind durch die hohen Temperaturen dann auch deutlich höherer Verluste zu erwarten.

Ich hab das mal spaßeshalber mit Wasser durchgerechnet und komme für unser Haus auf etwa 100m3, die man bräuchte, um über den Winter zu kommen. Wenn man den ganzen Keller isoliert, flutet und zum Herbst auf 80° gebracht hat, sollte es hinkommen.

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Das ist schon klar. Aber 120 °C bekomme ich schon mit 2 bar locker hin. Mit 5 bar schaffe ich eine Temperatur von 150°C. Für eine vergleichbare Energiemenge benötige ich mit Sand die 5fache Masse und damit etwa das 3 fache Volumen.

Oder alternativ müsste ich den Sand zirka 5x wärmer machen (zirka, da die Wärmekapazität nicht linear ist). Damit würde der ganze Speicher aber eine viel stärkere Isolation benötigen, da der Wärmestrom proportional zur Differenz zwischen Oberflächentemperatur und Umgebungstemperatur ist.

Edit: nur um die Größenordnung der Drücke einzuordnen. 2 bar sind auf einem Schnellkochtopf. 2.5bar ist der Luftdruck auf einem Autoreifen. Fahrräder werden meist bei 3-5bar gefahren, ein Rennrad bei 8 bar. Der örtliche Wasserversorger versorgt ein Wohngebiet meist mit Wasser bei 4-6 bar. Die PE-Rohre (also einfacher Kunststoff) und zugehörige Fittinge dafür sind normalerweise auf 10-12 bar ausgelegt.

Ich will damit ausdrücken, dass solche Wasserdrücke technisch gesehen unproblematisch sind.

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Eine technische Revolution sehe ich jetzt für die privaten Haushalte (mit v.a. Bedarf an Niedertemperaturwärme) auch nicht. Interessant fände ich vor allem wie sich die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung solcher Systeme vor dem Hintergrund veränderter Preise für fossile Rohstoffe verschoben hat.
Rein technisch gibt’s solche Systeme ja durchaus z.B. von der Schweizer Firma Jenni Energietechnik (meines Wissens mit Wasser).

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Ich vermute, dass es weitere technische Gründe gibt, die gegen Wasser sprechen. Auch wenn mir gerade weder welche einfallen, noch ich bei der Lösung aus Finnland welche ergoogeln kann.

Sand speichert die Wärme sehr lange, vielleicht spielt das eine Rolle.

Schon 90 Grad reichen ja zum Duschen und als Temperatur für die Heizung aus.

Eine weitere Alternative, um Wärme zu speichern:

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Sicherheitstechnisch sieht das leider anders aus. 150°C heißes Wasser in großen Mengen unter Druck. In Industrieanlagen ja, als Massenprodukt in Privathaushalten sehe ich nicht als so einfach an.

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Mir fällt eigentlich nur ein Grund ein, der für Sand spricht - die höhere Maximaltemperatur, sofern man bereit ist nahe 1000 °C zu gehen. Aber wie schon geschrieben, führt das ohne sehr starke Isolierung zu wesentlich höheren Energieverlusten als wenn man die gleiche Energiemenge im gleichen Volumen Wasser lagert.

Dagegen fallen mir diverse technische Probleme bei Sand ein:

  • Inhomogenitäten der Schüttungen (heißt locker liegender Sand in einem Bereich des Speichers, während er an anderer Stelle enorm zusammengepresst ist)
  • die Isolation
  • Bildung von Schüttgut-Brücken
  • Verkeimung: Lufteintrag von außen enthält immer Keime. In Zeiten, in denen die Temperaturen im Speicher <100 °C sind, können die zur Verkeimung neigen
  • Notwendigkeit Vorfilter zu einzubauen und regelmäßig auszutauschen (oder zu regenerieren)
  • relativ großer Platzbedarf (wenn man damit über Tage oder Wochen kommen will)

Ich bin gespannt wie die HSLU und ihre kooperienden Unternehmen das lösen. Machbar ist das alles, aber ob es kompetetiv zu Lösungen wie Flüssigsalzspeichern (ein Beispiel hierfür hast du ja selbst geteilt @weihnachtspapa), Latentwärmespeichern (a.k.a Taschenwärmer, nur dann in groß und modular) oder wasserbasierten Wärmespeichern wie diesen hier (natürlich für Zuhause runterskaliert)

ist, da bin ich noch etwas skeptisch.

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Ich glaube da gibt es gefährlichere Konstruktionen in heutigen Haushalten, Gasthermen beispielsweise. Und diese Gefahr kümmert uns auch nicht. Wenn da regelmäßig der Fachmann kommt und die Sicherheit überprüft, dann ist das schon machbar.

Unabhängig davon glaube ich aber auch nicht daran, dass die Leute massenweise bereit sind Wärmespeicher (sei es Wasser oder Sand) von der größe einer kleinen Garage auf ihr Grundstück zu stellen.

Ich denke, solche Lösungen sollten eher über die Nahwärme kommunal betrieben werden. Dann bekommt jedes Wohnviertel 1-2 solcher Speicher hingestellt, die die Wärme für mehrere Haushalte bereitstellen. Früher gab es Wassertürme. Sofern die noch existieren, können die so umgebaut werden.

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Wie verhindert man, dass der nasse Sand nach dem Winter nicht zu einem harten schlecht zu durchlüftenden Klumpen wird?
Der Gedanke kam mir als erstes

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Vermutlich müsste man ganzjährig dafür sorgen, dass die Anlage eine gewisse Mindesttemperatur hat.

Das ist ja eben schon wegen der Keimgefahr sinnvoll und wegen der Ausbildung von Feuchtigkeitsbrücken nochmal.

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Ich vermute, dass das Wasser in Röhren durch den Sand geleitet wird; also keinen direkten Kontakt hat. Aber so genau ist es auch auf der Homepage nicht beschrieben…

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Die Homepage vom Hersteller Polar Night Energy gibt ziemlich viele Infos her.
Unter anderem das Temperaturniveau:
600-1000°C.
Das ist eben auch der Grund für die Materialwahl; trotz der geringeren Wärmekapazität im Vergleich zu Wasser.

Ich weiß nicht ob es für dieses Niveau Wärmepumpen gibt.
Standardmäßig wird ein Heizstab eingesetzt. Das mutet zwar wenig effizient an; da das Ganze allerdings als Saisonspeicher konzipert ist, ist das nicht allzu schlimm:
Im Sommer Wind und vor allem PV-Überschüsse einspeichern und im Winter nutzbar machen. Wesentlich andere Speicherkapazitäten gibt es gar nicht.

Im übrigen wird kein Wasser durch den Sand geleitet, sondern Luft. Dann folgt ein Wärmeübertrag an Wasser und entsprechende Hydraulik.

Ich habe das System, bzw. Informationen dazu vor Monaten bereits an Verantwortliche für kommunale Wärmeplanungen versandt.

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PV und Windenergie ergänzen sich prinzipiell ganz gut und in den dunklen Monaten weht der Wind stärker. Das heißt aber auch, dass wir im Sommer nicht unbedingt Strom über haben, daher sollte man die Effizienz trotzdem im Block haben.

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Für mich ist noch ein bisschen unklar, wie ein System so gut isoliert sein kann, dass es gegenüber einem Wasser-System mit max. Temperaturen<100°C Faktor 5-10 höhere Temperaturdifferenzen zur Umgebung hat und diese Hitze über Monate speichern will.

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Das ist unwahrscheinlich, denn eine solche Wärmepumpe wäre völlig ineffizient. Die muss es auch nicht geben. Niemand würde mit diesem tausend Grad Celsius heißen Sand einen Wärmeträger auf hunderte Grad Celsius aufwärmen wollen (hoffentlich), denn dann wäre der Speicher schnell leer.

Stattdessen entnimmt man die Energie von vllt. 10 K Temperaturdifferenz aus dem Sand und erwärmt damit eine begrenzte Menge Wärmemedium von 10 auf 50 Grad Celsius.

Die hohe Temperatur ist nur dazu da, mehr Energie zu speichern. Für Temperaturen um die 1000 Grad gibt es elektrische Heizlösungen über Kontaktflächen.

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Ich denke, Deine Aussage über Energieverluste ist so physikalisch nicht haltbar.

Der Vorteil an Sand (oder anderen Feststoffen) ist, dass Wärme sich im Material nur durch Diffusion ausbreiten kann. So lange kein relevanter Luftaustausch stattfindet, kann Wärme nur von Sandkorn zu Sandkorn vom Inneren des Speichers zum Rand getragen werden, wo sie dann in die Umgebung übergeht. Und hier schlägt der geometrische Vorteil großer Speicher (Volumen wächst kubisch, Oberfläche nur quadratisch) voll zu. Effektiv wird so ein Sandspeicher nach ein paar Wochen eine inhomogene Wärmeverteilung haben: Heiß in der Mitte, lauwarm am Rand. Der außen liegende Sand dient quasi als Isolationsschicht.

Bei Wasser hingegen, findet immer auch Konvektion, d.h. ein Austausch zwischen verschieden warmen Wasserschichten statt. Sobald Wassermoleküle am Rand des Speichers Wärme an die Umgebung abgegeben haben, werden sie sich mit dem wärmeren Wasser im Behälterinneren mischen. So hat ein Wassertank immer eine homogene Temperatur. Damit trägt das Wasser am Rand des Behälters einen größeren Anteil der Wärmemenge, der Rand ist wärmer und es findet bei gleichartiger Isolation mehr Wärmeaustausch mit der Umgebung statt, als im Sandspeicher.

Das Sandspeicher-Prinzip würde genauso für einen gigantischen Zementblock gelten, aber beim Sandspeicher hat man den Bonusvorteil, dass man bei Bedarf Luft durchleiten kann, um effektiv Wärme aus dem energiereichen Inneren anzuzapfen.

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Das dürfte für diesen Sachverhalt nicht entscheidend sein. Die freie Konvektion, die bei Flüssigkeiten stattfinden kann, erhöht sicher den inneren Wärmeaustausch im Tank, aber für den Wärmeverlust an die Umgebung ist doch der Wärmeübergangswiderstand des Gesamtsystems entscheidend und der wird durch die Komponente mit der geringsten Wärmeleitfähigkeit dominiert (1/R_ges = 1/R1 + 1/R2), also die äußere Isolation. Auf Wikipedia [1] kann man sich mal Werte für verschiedene Materialien anschauen. Selbst einfache Isolationsmaterialien sind Faktor 10 besser als Sand. Natürlich hängt es am Ende davon ab, wie dick die Sandschicht im Vergleich zur Isolation ist, aber ein System, in dem es eine dicke, nicht beheizte Sandschicht am Rand gibt, ist entsprechend ineffizient.

[1]

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Ich muss mich @MarkusS leider anschließen. Entscheidend ist die äußere Isolation des Speichers, nicht so sehr was im Speicher passiert. Nur eine Sache:

Wenn man dieses Argument durchdenkt, dann dürfte relativ bald ein starker Temperaturunterschied zwischen außen liegenden Sandschichten und dem Kern herrschen. Das führt dann aber zu einer reduzierten Abgabeleistung des Speichers, da die Luft auch durch weniger heiße Bereiche gepresst würde und dort entsprechend weniger erwärmt wird. Außerdem reduziert ein System, das bewusst auf eine Abkühlung in radialer Richtung setzt, die Kapazität eines solchen Speichers.

So ganz überzeugt von deinem Ansatz bin ich nicht. Aber man müsste es mal simulieren. Das Problem ist ja nicht wirklich schwer (Wärmedurchgang durch einen isolierten Zylinder, entweder mit einer Sandfüllung oder Wasser).

Bis dahin bleibe ich erstmal bei der Vermutung, dass Flüssigsalzspeicher oder Heißwasserspeicher wartungsärmer, energetisch effizienter und wesentlich kompakter sein dürften.

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Weder noch. Aus 1000 Grad produziert man Strom ( weil reine Exergie) und alles andere kaskadiert als Koppelprodukt.
Eine Speicherung auf so hohen Niveau um lommelige 50 Grad zu bekommen ist reine Exergievernichtung und wird hoffentlich unter Strafe gestellt :grinning:

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Es gibt auch verschiedene Power-to-X-Technologien ( Power-to-X – Wikipedia ).

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Stimmt natürlich. Ich wollte das Prinzip erläutern und dafür den Prozess einfach halten. Daher wollte ich nur die Erwärmung darstellen. Aber du hast völlig recht. Bei solchen Temperaturen könnte man auch einfach Strom herstellen.

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