Wärme bis zum Winter speichern

Um sommerliche Wärme im Winter für die Heizung nutzen zu können, müssen Warmwasserspeicher sehr groß sein. Denn kleine Speicher kühlen zu schnell aus. Deshalb werden saisonale Speicher fast ausschließlich für Siedlungen oder für sehr große Verbraucher konzipiert. Nun haben Forscher einen neuen Langzeitspeicher entwickelt, der sich auch für Einfamilienhäuser eignet.

Seit November 2013 steht in Stuttgart ein Forschungshaus für energieeffizientes Wohnen. Innerhalb des Projektes SolSpaces (BINE Informationsdienst berichtete) statteten Wissenschaftler das 43 Quadratmeter große Forschungsgebäude zunächst mit konventioneller Heizungstechnik aus. Ein Jahr lang untersuchten Wissenschaftler des Instituts für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) der Universität Stuttgart das Gebäude messtechnisch. Das Ergebnis: Der jährliche Heizwärmebedarf des SolSpaces-Gebäudes beträgt ohne Wärmerückgewinnung (WRG) im bewohnten Zustand rund 3.000 kWh/a. Mit WRG liegt der Wert etwa 30 Prozent darunter bei 2.000 kWh/a. „Das Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen des Forschungsgebäudes ist relativ groß – das führt zu einem vergleichsweise hohen spezifischen Wärmebedarf pro Quadratmeter“, sagt Dr. Henner Kerskes, Leiter des SolSpaces-Projekts. Der absolute Wärmebedarf größerer energieeffizienter Gebäude liegt in einer ähnlichen Größenordnung. Daher lässt sich das neue Heizungskonzept auch auf größere Gebäude übertragen.

Die Forscher des ITW entwickelten nach dem einjährigen Monitoring ein neues solares Heizsystem. Zu den zentralen Komponenten gehören ein Sorptionswärmespeicher zur saisonalen Wärmespeicherung, ein Vakuumröhren-Luftkollektor mit 26 Quadratmeter Kollektorfläche auf dem Dach des Forschungsgebäudes und ein Wärmeübertrager zur Wärmerückgewinnung. Der thermochemische Wärmespeicher speichert solare Wärme des Sommers verlustfrei für die Beheizung des Gebäudes im Winter. Bisher werden in der Regel Warmwasserspeicher eingesetzt. Diese benötigen aber sehr viel Platz und sind teuer. „Daher entwickelten wir einen saisonalen Sorptionswärmespeicher, der sich auch für Einfamilienhäuser eignet“, fügt der Projektleiter hinzu.

Wärme auf kleinem Raum lange speichern

Das Prinzip des Sorptionswärmespeichers beruht auf der Ad- und Desorption. Als Adsorbens verwenden die Forscher das als Trocknungsmittel bekannte Zeolith, welches im Speicher als kugelförmiges Granulat fest eingebettet ist. Die natürliche Luftfeuchte der Raumluft dient als Adsorptiv. Die Raumluft wird durch das Zeolith-Granulat geleitet. Wassermoleküle lagern sich an der porösen Oberfläche des Zeoliths an und es wird Adsorptionswärme frei. Umgekehrt lässt sich der Speicher beladen, indem im Sommer solare Wärme das Wasser austreibt. Verluste entstehen nur beim Be- und Entladen.

Das Besondere des 4,3 Kubikmeter großen Sorptionswärmespeichers (Abbildung links oben) ist die Unterteilung in vier Quadranten. Diese sind jeweils horizontal in sechs Segmente unterteilt. Es entstehen 24 flache Segmente. So ist eine abschnittsweise Durchströmung innerhalb des Speichers mit geringem Druckverlust möglich. Luft tritt in den zentralen Eintrittskanal ein, strömt durch ein Segmentpaar und tritt entlang der vertikalen Speicherkanten zum Austrittskanal wieder aus dem Speicher aus. Jedem Segmentpaar ist eine gemeinsame Luftaustrittsöffnung zum Austrittskanal hin zugeordnet, sodass die Segmentpaare separat durchströmt werden können. „Dadurch wird eine flexible Be- und Entladung des Speichers ermöglicht“, erklärt Kerskes.

Der Speicher wird bei einer Temperatur von 180 Grad Celsius beladen. Um diese für Solarsysteme hohen Temperaturen zu erreichen, werden konzentrierende Vakuumluftkollektoren eingesetzt. Bei Warmwasserspeichern liegt die typische Speicherdichte direkt nach der Beladung bei etwa 70 kWh/m³ und sinkt durch Wärmeverluste stetig. Demgegenüber errechneten die Wissenschaftler für den verlustfreien Zeolith-Speicher eine Energiedichte von 163 kWh/m3. Die gesamte Speicherkapazität dürfte damit bei 700 kWh liegen.

Bis Ende Februar wurden dem Speicher circa 573 kWh entnommen. Eine  genaue Analyse und Bewertung kann am Ende der Heizperiode 2015/2016 erfolgen, wenn alle Messdaten der Heizperiode vorliegen.

 

Quelle BINE Informationsdienst

Foto: Universität Stuttgart, ITW



zurück
 

Aktuelles

11.09.2017
Die Aktionswoche "Das Saarland voller Energie" ist eine Landesinitiative, die sich dafür einsetzt, das Bewusstsein der Menschen für Erneuerbare Energien zu schärfen. Im Rahmen der Aktionswoche wollen die Partner für die Energiewende sensibilisieren, Alternativen zu konventionellen Energiequellen aufzeigen und für das Thema Erneuerbare Energie begeistern.>>> mehr
31.03.2017
Was hat Energie mit Umwelt-&Klimaschutz zu tun? Wie kommt der Strom in die Steckdose und warum sollte man Elektrogeräte nach dem Gebrauch immer ausschalten? Diese und noch viele andere Fragen wurden im Rahmen einer Projektwoche den Schüler*innen der Grundschule in Düppenweiler auf spielerische Weise nahe gebracht.>>> mehr
06.02.2017
Ab sofort können private Eigentümer wieder Zuschüsse für Maßnahmen zur Barrierereduzierung bei der KfW beantragen. Im Jahr 2016 war die Nachfrage in der Zuschussförderung so groß, dass bereits im Juli 2016 die Haushaltsmittel von über 49 Mio. Euro aufgebraucht waren. Für 2017 hat das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) die Fördermittel für Maßnahmen zur Barrierereduzierung auf 75 Mio. Euro und für Maßnahmen zum Einbruchschutz von 10 Mio. auf 50 Mio. Euro deutlich erhöht.>>> mehr