Energiebedarf Übersicht

Der Energiebedarf umfasst nicht nur Elektrizität, sondern auch aus anderen Quellen gewonnene/genutzte Energie (bspw. Gas oder Holzöfen). Grob lässt sich dr Verbrauch wiefolgt gliedern:

  • Raumwärme: 70,5%
  • Warmwasser: 14,0%
  • Haushaltsgeräte: 8,2%
  • Kochen & Waschen: 5,6%
  • Beleuchtung: 1,5%
  • Sonstiges: 0,2%

Raumwärme

Der Bedarf an Raumwärme hängt von Aussentemperatur, Differenz und Wärmedämmfähigkeit ab.

Die Aussentemperatur ist in Zentraleuropa regional sehr unterschiedlich. Dies ist bedingt durch die hohe varianz der geographischen Elemente. Innerhalb der Schweiz ist das Klima stark abhängig von der Höhenlage.

Eine hilfreiche Quelle für verlässliche Messwerte liefert das Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie und Deutscher Wetterdienst

Als Referenz nehme ich die gemittelten Messwerte der Lufttemperatur aus Zürich (tägliches Maximum) und vom Säntis (tägliches Minimum). Dies wiederspiegelt sehr gut den Temperaturrange mit welchem der Van umgehen können muss. Alle Werte sind in Grad Celsius angegeben.

JAN FEB MRZ APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ
MAX (Zürich) 2,0 3,7 7,9 12,4 16,8 20,0 22,4 21,3 18,0 12,6 6,8 3,1
MIN (Zürich) -2,8 -1,7 0,7 3,7 7,6 10,8 12,5 12,0 9,8 5,9 1,6 -1,4
MAX (Säntis) -5,1 -5,3 -4,2 -2,0 1,8 5,1 7,3 7,3 6,0 3,7 -1,2 -3,5
MIN (Säntis) -10,7 -10,5 -9,2 -6,6 -2,7 0,5 2,4 2,5 1,1 -1,4 -6,4 -9,0

Davon ausgehend ist mit Temperaturen im Winter von etwa -10° im Schnitt zu rechnen. Im Sommer können die Temperaturen besonders Nachts auch bis unter den Gefrierpunkt fallen. Das ist nicht nur für die Dimensionierung der Dämmung und Heizung relevant, sondern muss auch in Bezug auf die Bildung von Kondenzwasser berücksichtigt werden.

Generell gilt es dabei zwei Dinge zu beachten: Wasser darf nicht in die Isolation oder muss von dort wieder abtrocknen können.

Möglich ist dies durch eine Hinterlüftung der Dämmung oder dem fernhalten von Luftfeuchtigkeit von der Dämmung. Da eine Hinterlüftung entweder mehr Platz oder eine reduzierte Dämmleistung (bei gleicher Wandstärke) bedeutet, habe ich mich dafür entschieden, die Luftfeuchtigkeit aus den Dämmstoffen fernzuhalten.

Zur Dämmung wird häufig Armaflex des deutschen Unternehmens Armacell verwendet. Die Wärmeleitfähigkeit (λ) für die Platten bis 32mm liegt in diesem Anwendungsfall (> -10° C) bei etwa 0.031W/mK. Eine übliche Installation mit 19mm Dämmplatten ergibt einen U-Wert von um die 1.63

Selbst im Optimalfall würden sich hierdurch Phasenverschiebungszeiten von nur knapp etwas über einer Stunde erreichen lassen.

Der geplante Aufbau ist entsprechend ein wenig Umfangreicher:

  • Stahl Aussenhülle (Fahrzeugseitig)
  • Armacell Armaflex 10mm
  • XPS Schaumplatte und 3M Thinsulate™ (5mm-70mm Thinsulate™ als Ausgleich für Krümmung des Fahrzeugs/Randbereich und XPS im Mittelbereich)
  • Panasonic U-Vacua™ (15mm) Vacuum Panel
  • XPS Schaumplatte (10mm)
  • Dampfsperre Folie sd=100
  • Adam Hall SolidLite® (PP Hohlkammerplatte)

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Dieser Aufbau kommte auf eine Stärke von 11cm (Raummitte) und etwa 4cm im Randbereich. Die zweite XPS Platte dient dem Schutz des Vakuum-Panels und kann ggf. eingespart werden da der XPS Schaum in dieser Stärke kaum zur Verbesserung des Dämmwerts beiträgt. Der Dämmwert dieses Deckenaufbaus kommt auf etwa 0.22Wm2K. Zuzüglich der Verlusste durch Wärmebrücken, Fenster und Lüftung ergibt dies etwa eine benötigte Heizleistung von 0.55kW bei -10°C und einer gewünschten Raumtemperatur von 23°C.

Anhand der obigen Tabelle lässt sich somit errechnen wieviel Energie notwendig ist um die Raumtemperatur über den Tagesverlauf zu halten. Das gibt an einem Tag mit Durchschnittswerten von -10° bis -5° etwa 12kWh (Säntis Januar) und bei -2.8° bis 2.0° etwa 9kWh (Zürich Januar). Selbst wenn diese Heizleistung nur für einen drittel des Jahres zutrifft sind ergibt dies noch einen Verbrauch von ca. 1100kWh/Jahr - was etwa der Hälfte des Gesamtelektrizitätsverbrauches entspricht.

Davon abgesehen liefern gerade in den Wintermonaten Solarpanels am wenigsten Energie was die Problematik nur weiter verschärft. Eine noch stärkere Dämmung ist aufgrund der begrenzten Höhe im Sprinter (etwa 209cm Raumhöhe) nicht möglich.

Somit bleibt lediglich eine Heizung über Gas oder Diesel - wobei Gas bereits vorab auschied da nicht nur die Beschaffung, sondern auch der Unterhalt aufwändiger ist.

Als Alternative zu einer Benzin/Dieselheizung wären noch Stromgeneratoren die mit Wasserstoff betrieben werden zu erwähnen. Die Geräte sind aber zum Zeitpunkt des verfassens dieses Artikels vergleichsweise teuer im Unterhalt (>1.10 USD/kWh) wodurch sich Heizkosten von über 1000.- USD ergeben würden. Selbst wenn sich ein Teil davon über Solarenergie kompensieren liese (~0.2 USD/kWh für Anlage/Akkuspeicher) ergeben sich immer noch sehr hohe Kosten.

Webasto liefert mit der Air Top 2000STC eine Diesel-Standheizung mit 900W bis 2000W Heizleistung. Leider gibt es keine Heizungen in kleineren Leistungsklassen - da aber die Phasenverschiebungszeit der obigen Dämmung bei über 5h liegt, muss die Heizung nur etwa die hälfte der Zeit auf kleinser Stufe (900W) laufen um die Temperatur auch noch bei -10° auf 23° halten zu können. Der Verbrauch liegt bei 0.12l/h @0.9kW und 0.24l/h @2.0kW - somit ist der tägliche Dieselverbrauch bei etwa 1.5l (Säntis) bzw. 1.2l (Zürich). In Sachen Betriebskosten ist die Dieselheizung nicht viel günstiger als eine Solaranlage mit genügend Speicher. Jedoch ist es zurzeit (und wird es auch noch einige Jahre) nicht möglich die benötigte Energiemenge einiger Monate zu speichern. Damit wäre eine Abhängigkeit von einem Stromanschluss (im Winter) notwendig oder nur ein Betrieb im Sommer möglich.

Vergleich Kosten in USD (keine CHF/EUR Preise für Verbrauchsmaterial der Wasserstoffgeneratoren zur Verfügung. Wechselkurs: ~1.08 CHF pro USD):

Diesel Solar Wasserstoff Gas
pro Wintertag 2.10 USD 2.40 USD 6.40 USD 3.60 USD

Die Kosten für eine Gasheizung wurden anhand von Kleinpatronen berechnet - was kein ganz fairer Vergleich ist. Eine fest verbaute Gasheizung mit einer grossen Gasflasche kommt durchaus an Preise für Diesel/Strom heran. Wenn keine Solarenergie zur Verfügung steht bereichnen einige Stellplätze auch gerne bis zu 0.70 USD/kWh was die Kosten auf 8.40 USD / Tag drücken würde.

Auch sind zurzeit Wasserstoffgeneratoren eher Nischenprodukte - gerade die Unterhaltskosten könnten sich in den nächsten Jahren stark zugunsten von Wasserstoff wenden (besonders wenn ein Flächendeckendes Tankstellennetz verfügbar ist).

Ein Elektrofahrzeug als Energiespeicher zu nutzen wäre zwar denkbar (die Batterien stellen bei weitem genügend Leistung bereit um einige Tage ohne Ladung auszukommen), jedoch ist momentan nur ein Fahrzeug mit Elektroantrieb (E-Sprinter) verfügbar. Die Preise liegen bei >50’000 USD und ein Einbau wäre ggf. nicht ganz unproblematisch da je nach benötigter Leistung ein eingriff in die Fahrzeugelektronik notwendig wird.

In dieser Rechnung ist die Wärme welche der Körper (etwa 100-120W) oder andere Geräte (bspw. TV oder Küchengeräte) nicht berücksichtigt. Auch Verlusste durch die Lüftung sind nicht eingerechnet.

Abhängig von der Platzverfügbarkeit und der grösse des Vans/Wohnmobils kann eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und/oder Luftfeuchtigkeitsregelung Sinn machen. Gerdade bei Tiefen Temperaturen ist aber ein Vorheizregister zwingend notwendig - die Leistungen dieser Heizregister liegen üblicherweise um die 500-1000W welche über elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden müssen. Alternativ wäre eine Lüftungsanlage mit Wärmepumpe denkbar. Für einen regulären Van ist sind solche Anlagen selbst bei dauerhafter Nutzung aber wenig sinnvoll oder gar nicht umsetzbar.

Warmwasser

Es gibt eigentlich nur zwei grössere Warmwasserverbraucher in einem Van - Spülen/Waschen und Körperpflege.

Geschirrspüler

Am effizientesten ist das Geschirrspülen über eine Spülmaschine möglich - auch wenn dies gerne anders behauptet wird. Kleine Geschirrspüler mit Schubladenauszug und A+++ Rating sind mir zurzeit keine bekannt. Da eine halbleere Spülmaschine weniger effizient ist als eine gut gefüllte, ist es aber empfehlenswert auf ein so kleines Modell wie möglich zurückzugreiffen (solange das Gerät nicht mehr Energie benötigt als eine effizientere, grössere Maschine).

Das zurzeit interessanteste Model aus meiner Sicht ist die Siemens zur Siemens SK75M521EU der iQ500 Serie. Das Gerät wiegt nur 22kg, benötigt (gemäss Hersteller) etwa 8l Wasser pro Waschgang. Das gibt etwa 30l-40l pro Woche.

Boiler

Bei überschüssiger Solarenergie kann der Wasserboiler diese Energie nutzen um das Wasser auf eine höhere Temperatur als normal zu erhitzen. Das ist eine weitere Möglichkeit Energie zu speichern und effizienter zu Nutzen (da die Verlusste durch Speicherung wegfallen).

Reine Elektroboiler sind von der Effizienz so gut wie identisch. Wichtig ist eine gute Dämmung des Kessels UND der Leitungen. Ein Boiler der gut mit Dämmmaterial eingefasst ist kann das Wasser am Tag mit Solarenergie auf 65-85° aufheizen und die Wassertemperatur über die nächsten 24h soweit halten, dass selbst am nächsten Tag noch Warmwasser zur verfügung steht ohne dass dies über Energie aus dem Akkuspeicher nachgeheizt werden muss.

Wichtig ist auch die erhitzung des Wassers mindestens einmal pro Woche auf über 60°C (für mehr als eine Stunde) um zu vermeiden, das Bakterien (besonders Legionellen) im Wasser überleben können. Legionellen vermehren sich bei einer Wassertemperatur zwischen 20 und 45 °C. Ab einer Temperatur von 45 °C beginnen die Legionellen abzusterben, ab 60 °C sterben sie schnell.

Übrigens: Steigt die Kaltwassertemperatur auf über die oben genannten 20° besteht auch im Frischwassertank ein Risiko. Besonders problematisch ist, wenn der Wassertank im Sommer über längere Zeit gefüllt im Fahrzeug verbleibt. Empfehlenswert sind In-Line Filter (bei der Befüllung), Silber/Chloradditive zur Lagerung und UV-C Durchlauffilter im Wassersystem. In Kombination mit einem regelmässig gewarteten und gereinigten Leitungsystem ist (und bleibt) die Wasserqualität unbedenklich.

Die Wasserqualität ist auch wichtig wenn das Wasser nicht getrunken sondern bspw. nur für die Dusche benötigt wird. Legionellen verbreiten sich über kleine Wassertröpfen in der Luft und können so in die Lunge gelangen.

Haushaltsgeräte

Kochen und Waschen

Beleuchtung

Sonstiges

Als ersten Anhaltspunkt nutze ich einen Richtwert des Energiebedarfs in Form von Elektrizität für eine Person (Single Haushalt) pro Jahr. Selbstverständlich ist dies stark von der Nutzung von verschiedenen Geräten abhängig. Warmwasser und Heizung ausgenommen ist mit etwa 2500-3000kWh/Jahr zu rechnen.

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