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Projektinfos  – Energieforschung konkret

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Helfer tragen ein Speichermodul durch einen engen Zugang in den Keller.
© Consolar Solare Energiesysteme GmbH
Wärmespeicherung
Projektinfo 03/2017

Die Wärmeverlustströme steigen beim neuen Speicher im Unterschied zu den Speicherkaskaden proportional zum Volumen nicht so stark an. UniSto-Speicher haben im Vergleich zu einer Speicherkaskade umso geringere Wärmeverluste, je größer das Gesamtvolumen ist. (VIP = Vakuum-Isolationspaneel)
© ITW Stuttgart

Dieser UniSto-Speicher besteht aus vier Modulen. Die Elemente im Einzelnen: (1) Behältermantel, (2) dünnes Stahlblech, (3) Schienen, (4) druckstabile Endmodule, (5) Be- und Entladerohre, (6) Verbindungsstangen, (7) Dichtungssystem.
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Großer Speicher für kleine Räume entwickelt

Wer ein Mehrfamilienhaus zum Beispiel mit Solaranlage oder Blockheizkraftwerk hocheffizient beheizen möchte, benötigt große Wärmespeicher. In Bestandsgebäuden passen diese häufig nicht durch gängige Türöffnungen. Wissenschaftler entwickelten einen kompakten Speicher, der aus mehreren Modulen besteht und erst im Heizungsraum endgültig zusammengebaut wird. Die Wärmeverluste sind geringer als bei den gängigen Kaskadenmodellen. Eine Verschaltung von einzelnen Tanks ist nicht mehr erforderlich.

Der neu entwickelte Speicher lässt sich mit fossilen und erneuerbaren Heizungsanlagen kombinieren. Er ist druckbeständig (3 bar Betriebsdruck) und kann hydraulisch direkt in das Heizungssystem eingebunden werden. Die Rohrverbindungen zwischen den einzelnen Modulen befinden sich im Behälter. Dies spart Platz sowie Montageaufwand und reduziert die Wärmeverluste im Vergleich zu bisher eingesetzten Speicherkaskaden. Diese Einzeltanks sind separat gedämmt und miteinander verschaltet. Der neue Unisto-Speicher hat bei gleichem Volumen eine geringere, durchgehend gedämmte Oberfläche und weist damit weniger Wärmeverluste auf. Zum Vergleich: Der Wärmeverluststrom von Kaskaden mit 5.300 Liter Volumen beträgt 430 W. Die Wärmeverluste der Verrohrung sind dabei nicht berücksichtigt. Beim neuen Speichermodell liegt beim selben Volumen der Verluststrom bei 200 W. Diese Werte gelten bei einer Temperaturdifferenz von 45 K zwischen Speicherinhalt und Umgebung.

Die ovalen Stahl-Einzelmodule des Speichers haben ein Volumen von jeweils 1.350 Litern. Der Behältermantel besteht aus Stahlblechen, die den radialen Druck aufnehmen. Darauf aufgeschweißte, dünnwandige Stirnbleche dichten die Module ab, nehmen aber keinen Druck auf, sondern geben ihn an den Nachbarbehälter weiter. Die einzelnen Module werden bei der Installation über Schienen dicht aufeinander aufgeständert und zusammengeschoben. Die Be- und Entladerohre verlaufen im Inneren des Tanks. Je vier Verbindungsstangen auf beiden Seiten verbinden die Endmodule. Diese zur Außenseite druckstabilen Elemente sorgen dafür, dass der Druck in Längsrichtung aufgenommen wird. Der Speicher ist mit Hartschalen aus EPS (Expandiertes Polystyrol) gedämmt, die über Nut- und Federverbindungen miteinander verbunden sind. In entsprechende Aussparungen innerhalb der Hartschalen können je nach Bedarf Vakuumisolationspaneele (VIP) eingebracht werden. Die gesamte Wärmedämmung kann nachträglich bei der Installation angebracht werden.

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Wärmeträgermedium gleichmäßig geschichtet

Ungewöhnlich am neuen Konzept ist, dass der Wärmetank horizontal ausgerichtet ist. „Wie bei herkömmlichen Speichern wird die Wärme an zentraler Stelle entnommen. Das UniSto-Modell hat mit 213 cm dieselbe Höhe wie gängige Modelle. Eine Schichtung ist problemlos möglich. Zwischen den Modulen gibt es diesbezüglich nahezu keine Temperaturunterschiede“, so der wissenschaftliche Projektleiter Dr. Stephan Fischer vom Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik an der Universität Stuttgart. Die innenliegenden Be- und Entladerohre erstrecken sich über die gesamte Länge des Behälters und ermöglichen eine gleichmäßige thermische Schichtung. Damit sich die einzelnen Temperaturniveaus bei einer Be- oder Entladung des Wärmespeichers nicht signifikant vermischen, legten die Forscher die Ein- und Austrittsschlitze der Rohre in den Bereich der Durchgänge zwischen den Modulen. Hier verlaufen die fünf Be- und Entladerohre durch Edelstahlhülsen, die wie Prallbleche für das austretende Wasser wirken. “Die Strömung wird umgelenkt und tritt in Längsrichtung aus dem Schlitzspalt zwischen Hülse und Rohr in den Speicher ein. Somit kann der Schlitzquerschnitt klein gehalten werden, ohne dass das Wasser mit großer Geschwindigkeit turbulent in den Speicher strömt“, erklärt Fischer.

Projektinfo 03/2017:
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Merkzettel

Adressen

Projektkoordination/Entwicklung
Consolar Solare Energiesysteme GmbH

BINE-Projektinfo 03/2017
(PDF, 4 Seiten, 445 kB)

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