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Modularer Speicher aus Einzelmodulen in Stahlbauweise: Die Wärmedämmung (1) ist um die gesamte Speichereinheit angebracht. Der Speicher ist mit Hilfe der Be- und Entladerohre (2) über Sandwichverbund-Endplatten (3) verschraubt.
© Consolar Solare Energiesysteme GmbH
Modularer Warmwasser-Speicher
11.08.2014

Beim Aufbau müssen die einzelnen Module mithilfe ihrer Aufständerung exakt aufeinander ausgerichtet sein.
© Consolar Solare Energiesysteme GmbH

Wärmespeicher flexibel einsetzen

Wer einen Wärmespeicher nachträglich in ein Gebäude installiert, stößt häufig an Grenzen. Speicher mit großem Volumen passen nicht durch gängige Türen. Wissenschaftler des Instituts für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart entwickeln in Zusammenarbeit mit dem Hersteller für Solarwärme-Anlagen Consolar einen Speicher, der aus mehreren Modulen besteht und vor Ort zusammengebaut wird. Im Herbst wird der modulare Speicher in einem Mehrfamilienhaus installiert und in der Praxis getestet.

Ein Wärmespeicher ist das Kernelement fast jeder größeren Anlage zur Wärmeerzeugung auf Basis von Solarwärme, Biomasse und Wärmepumpentechnik. Auch bei Blockheizkraftwerken spielt er eine wichtige Rolle. Wesentliche Einsatzgebiete für diese Speicher sind Mehrfamilienhäuser. Aber es fehlt aktuell an Modellen, mit denen man flexibel in bestehende Räumlichkeiten  gelangt und die zudem platzsparend, effizient sowie kostengünstig sind. Ziel des Projektes UniSto ist es, einen solchen Speicher zu entwickeln und in einen rationellen, seriengerechten Produktionsprozess zu überführen.

Der entwickelte Warmwasser-Speicher besteht aus ovalen Einzelmodulen, die aus Stahl gefertigt sind. Diese sind durch Be- und Entladerohre sowie Mantel-Verbindungsprofile miteinander verbunden und über Hülsen abgedichtet (siehe Grafik oben). Die einzelnen Module werden bei der Installation dicht aufeinander aufgeständert und zusammengeschoben. Jedes einzelne kann 1.300 Liter fassen. „Auch mit einem Speicher größer als zehn Kubikmeter ist der Zugang zu Bestandsgebäuden möglich“, erklärt Dr. Ulrich Leibfried, zuständig für den Bereich Technik bei Consolar.
Die Verrohrung befindet sich im Behälter, was vor Ort Platz spart. Außerdem trägt es mit dazu bei, dass sich die Wärmeverluste um bis zu 35 Prozent reduzieren lassen. Zusätzlich verringern sich die Verluste dadurch, dass es nur eine Dämmung für einen Gesamtspeicher gibt und die Oberfläche insgesamt geringer ist als bei Speicherkaskaden. Hierbei handelt es sich um separat gedämmte Einzelspeicher, die miteinander verschaltet sind.

Stahl ersetzt Kunststoffbehälter

Ursprünglich sollte der Speicher wie ein Sandwich aufgebaut sein. An den Enden von eingeschobenen Kunststoffbehältern befanden sich Stahlbleche zwischen denen der Dämmstoff Polyurethan-Schaum eingefügt ist. Versuche zeigten, dass mit gängigen Maschinen nur eine Schäumdichte von 42 Kilogramm pro Kubikmeter erreichbar war. Die in Kombination mit den Kunststoffbehältern erforderliche festigkeitserhöhende Wirkung des Schaums konnte so nicht umgesetzt werden. Alternative Produktionsmethoden wären zu teuer gewesen. Um den angestrebten Betriebsdruck von vier bar im Speicher trotzdem erreichen zu können, entschieden sich die Wissenschaftler dafür, die Speichermodule komplett aus Stahl zu fertigen. Lediglich die sogenannten Endplatten (obere Grafik, Nummer 3) sind mit Polyurethan gedämmt. Die nötige mechanische Druckstabilität wird nun dadurch erreicht, dass sich an den Stirnseiten jedes Moduls entweder ein weiteres Stahl-Speichermodul befindet oder eine Sandwichverbund-Endplatte.
Beim Stahlspeicher nimmt der Behälter die Druckkräfte alleine auf. Die Wärmedämmung kann nachträglich angebracht werden. „Dadurch sind die Module weniger sperrig als beim Vorgänger-Modell. Die im Projekt eingebundenen Marktvertreter gehen davon aus, dass das Stahlbehälter-Konzept von Heizungsbauern und Installateuren besser akzeptiert wird als der Kunststoff-Speicher“, so Leibfried.

Forscher testen Speicher in Mehrfamilienhaus

Die Wissenschaftler sehen das größte Potenzial für den Einsatz des Speichers bei Mehrfamilienhäusern. Daher wird in einem nächsten Schritt der Speicher in einem Gebäude mit 75 Wohnungen eingebaut und getestet. „Die Wärmeerzeugung erfolgt hier gemeinsam mit der Stromerzeugung mit einem Blockheizkraftwerk im Gebäude“, erklärt Leibfried und ergänzt: „Dabei wird die dezentrale Stromerzeugung vorrangig auf die Bedürfnisse der Bewohner ausgerichtet. Das Blockheizkraftwerk wird mit einem Speicher bestehend aus drei Modulen à 1.300 Liter gepuffert.“

Das Forschungsprojekt „Entwicklung eines universellen Wärmespeichers und dessen Erprobung in Mehrfamilienhäusern“ (UniSto) wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Die Arbeiten fanden in engem Austausch mit Unternehmen unter anderem aus den Bereichen Speicherherstellung, Solarwärme, Heizsysteme und Energieversorgung statt. Diese brachten ihre Anforderungen und Erfahrungen in die Produktspezifikation mit ein und begleiteten die Entwicklungsarbeit.

(bs)

Merkzettel

Infotipp

Sonnenenergie in der Erde speichern
BINE-Projektinfo 01/2013

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