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Kosteneffiziente erdvergrabene Heißwasserspeicher

Um hohe solare Deckungsanteile in Wohngebäuden zu ermöglichen, wird seit Anfang 2009 in einem vom BMU geförderten Forschungsprojekt ein neuer Ansatz verfolgt, bei dem der Wärmespeicher direkt neben dem Gebäude im Erdreich vergraben wird. Dadurch sind problemlos wesentlich größere Speichervolumina bis zu 30 m³ umsetzbar.

Die Speicherhülle besteht aus einem für diese Anforderungen entwickelten Betonbehälter. Dieser wird mit einer innen liegenden temperaturbeständigen Schaumstoffdämmung auf XPS-Basis ausgekleidet. Sie ist bis zu 95°C langzeittemperaturstabil und besitzt eine um 20% höhere Druckfestigkeit gegenüber Standard-XPS. Die wasser- und diffusionsdichte Aufnahme des Speicherwassers wird mithilfe zweier Inlinerfolien erreicht, die als Kombination einer EPDM-Folie und einer Aluminium-Verbundfolie (PET/ALU/HDPE) realisiert werden. Die Wärmezufuhr bzw. Wärmeentnahme erfolgt über interne Wellrohr-Wärmeübertrager, die im Projekt konstruiert und optimiert werden.

KES-Speicherkonzept

Der erste Prototyp ist im Frühjahr 2010 erstellt worden und in Betrieb gegangen. An diesem werden umfangreiche Testsequenzen durchgeführt, anhand derer die Leistungsfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit des Speicherkonzepts bewertet wird. Wesentlich ist das Ausdehnungskonzept, das beim realisierten Speicher nach dem Prinzip des sich ausdehnenden Foliensacks erfolgt. Zum Vergleich wird zudem ein Speicher der Fa. Mall Umweltsysteme untersucht, der einen starren Edelstahltank im offenen Betrieb beinhaltet.

Die erste Messreihe wurde Ende 2010 ausgewertet und bildet die Grundlage für weitere Entwicklungen. Als Ergebnisse für den Posterbeitrag werden die Wärmeverlustrate des Speichers unter verschiedenen Betriebsbedingungen, die auftretende Wechselwirkung zwischen Speicher und Erdreich und erste Erfahrungen zur Gebrauchstauglichkeit zur Verfügung stehen. Bisher wurde für den Speicher mit einem Wasservolumen von 5.5 m³ ein Wärmeverlustkoeffizient von 5 W/K ermittelt, was einem „Temperaturverlust“ von etwa 1 K/d (zwischen 85°C und 65°C Speicherwassertemperatur) entspricht.

Des Weiteren wird im Rahmen des Projekts die Wirkungsweise des Speicherkonzepts in solarthermisch unterstützten Heizungssystemen mit Hilfe von TRNSYS- Simulationen bewertet. Hierfür wurde eigens ein Simulationsmodell entwickelt, das die thermische Wechselwirkung des Wärmespeichers mit dem umgebenden Erdreich nachbildet. Zur Bewertung der simulierten Systeme wurden die solare Deckung sowie die anteilige Primärenergieeinsparung als Vergleichsgrößen gewählt.

Nähere Projektinformationen können Sie hier als pdf-Datei herunterladen .

Abschlussworkshop

Der Projektabschlussworkshop fand am 23.11.2011 am ISFH statt. In diesem Rahmen wurden die Ergebnisse der Projektbearbeitung in verschiedenen Vorträgen den insgesamt 30 Teilnehmern präsentiert. Das Programm der Veranstaltung können Sie hier herunterladen.

Die Folien der Präsentationen können nachfolgend heruntergeladen werden:

1. Begrüßung
2. Konzept und Messungen am Solitherm-Speicher der Fa. Mall
3. Konzeptentwicklung und Untersuchungen am Speicherprototyp
4. Messungen zur Wärmeleitfähigkeit von Speicherdämmstoffen
5. Wärmeübertrager aus Wellrohren (RFS)
6. Wärmeübertrager aus Wellrohren (ISFH)
7. Modellentwicklung - Thermisches Verhalten Speicher und Erdreich
8. Anwendungen im Wohnbereich (Simulationsstudie)
9. Vom Prototyp zum Produkt: Anwendungen und Betriebskonzepte
10. Zusammenfassung

Das Projekt „KES“ (Kosteneffiziente erdvergrabene Heißwasserspeicher) wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit gefördert (Förderkennzeichen: 0325950A).