Wärmespeicher. Solarenergie auch wenn die Sonne nicht scheint. Henner Kerskes

Transkript

1 Wärmespeicher Solarenergie auch wenn die Sonne nicht scheint Pfaffenwaldring 6, Stuttgart Internet: Folie 1

2 Gliederung Wärmespeicher für Solaranlagen im Ein- und Zweifamilienhaus Solarunterstützte Nahwärmeversorgung in Kombination mit saisonalen Wärmespeichern Folie 2

3 Thermische Solarenergie am ITW Solar unterstütze Nahwärme Folie 3

4 Solartechnik am ITW Größtes Prüfzentrum für Solaranlagen und ihrer Bauteile in Europa - Kollektorprüfung nach EN Systemprüfung nach EN Speicherprüfung nach EN12977 Forschungsschwerpunkt: solare Kombianlagen mit hohem Deckungsanteil Folie 4

5 Solare Kombianlagen Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung sind technische ausgereift am Markt etabliert Marktanteil > 50% Typische Anlagengröße: m 2 Kollektorfläche l Kombispeicher Solarer Deckungsanteil 20-30% des jährl. Gesamtwärmebedarfs Entwicklungsziel: solarer Deckungsanteil > 50% Folie 5

6 Strahlungsangebot - Wärmebedarf Folie 6

7 Möglichkeiten der Speicherung von Wärme Folie 7

8 Innovative Speichertechnologien (große) Wasserspeicher mit verbesserter Wärmedämmung Latentwärmespeicher Thermochemische Speicher Sorptionsspeicher Task 32 Storage IEA Task 32 Advanced storage concepts for low energy and solar buildings Folie 8

9 Die Randbedingungen der Simulationsstudie Referenzgebäude am Standort Würzburg Folie 9

10 Potenziale großer Warmwasserspeicher Folie 10

11 Einfluss Kollektorfläche (FK); (Speichervolumen fix) Ziel: f sav = 50 % + x von der solaren Heizungsunterstützung zur fossil unterstützten Solarheizung! Folie 11

12 Große solare Kombianlagen Kollektorfläche: 45 m², geschätzter Wärmebedarf: 9750 kwh Folie 12

13 Große Warmwasser-Speicher im Gebäude integrierter Warmwasserspeicher Volumen: 7,3 m³ f sav > 50% (erwartet) Folie 13

14 Haus Nader Quelle: AEE INTEC Quelle: Folien99\Folie67.CDR AEE INTEC Folie 14

15 Kunststoff-Speicher Speicherbehälter aus GFK, Volumen m³ Folie 15

16 Latentwärmespeicher: Prinzip Folie 16

17 Latentwärmespeicher: Potenziale Kollektorfläche [m 2 ] Folie 17

18 Sorptionsspeicher: Prinzip (geschlossener Prozess) Folie 18

19 Sorptionsspeicher AEE Intec Niedrigenergie- Einfamilienhaus Oberösterreich 32 m² Flachkollektoren 900 l Pufferspeicher 2 Sorptionsspeicher mit insgesamt 1000 kg Silikagel Fußbodenheizung Folie 19

20 Das Projekt MonoSorp (ITW) Integration eines offenen Adsorptionsspeichers in eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Folie 20

21 Das Projekt MonoSorp (ITW) Integration eines offenen Adsorptionsspeichers in eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Folie 21

22 Innovative Speichertechnologien im Vergleich Latentwärmespeicher Folie 22

23 Solar unterstütze Nahwärme Folie 23

24 Solarunterstützte Nahwärmeversorgung mit saisonalen Wärmespeichern Friedrichshafen Inbetriebnahme 1996 (Ausbau 2002) 280 WE (387 WE) m² (4.300 m²) Kollektorfläche Heißwasser-Speicher ( m³) Folie 24

25 Heißwasser-Wärmespeicher Friedrichshafen ( m³) Wandaufbau: Erdreich Drainagekies PVC-Folie Wärmedämmung aus Mineralwolle Beton Edelstahlblech 1,25 mm Folie 25

26 Bauformen saisonaler Wärmespeicher Heißwasserspeicher Kies/Wasser-Speicher Erdsondenspeicher Folie 26

27 Kies-Wasser-Wärmespeicher in Steinfurt (1.500 m³) PKi Pfeil & Koch ingenieure Temperatur 30 bis 90 C zweilagige Auskleidung aus PP Dampfsperre Wärmedämmung aus Blähglasgranulat indirekte Be- und Entladung Folie 27

28 Erdsonden-Wärmespeicher Doppel-U-Rohr Bohrlochwand Injektionsschlauch Verfüllmaterial (Bentonit-Sand- Zement-Suspension) Einzel-U-Rohr 150 mm Wärmedämmung 25 mm (20 cm) Koaxialrohr Verrohrung in Sandbettlage (20 cm) Bohrloch Geländeoberkante Bohrlochverfüllung Doppel-U- Rohr-Sonde Deckschicht (ca. 2-3 m) aktive Speichertiefe (30 m) Folie 28

29 Ausbaustufen Erdsonden-Wärmespeicher in Neckarsulm Ausbaustufe 168 Sonden m³ Pilotspeicher 36 Sonden m³ 2. Ausbaustufe; 528 Sonden m³ Folie 29

30 Speichertechnologie - Quo Vadis? Danke für Ihre Wasserspeicher Sorptionsspeicher Aufmerksamkeit Task 32 Storage Latentwärme speicher IEA Task 32 Advanced storage concepts for solar buildings Folie 30

31 Reserve-Folien Reserve-Folien Folie 31

32 Anlage mit Rücklaufanhebung Folie 32

33 Einfluß des Speichervolumens Speichervolumen 70 Liter / m 2 Kollektorfläche Quelle: Folien99\Folie76.CDR Folie 33

34 Einfluss Kollektortyp Kollektorfläche [m 2 ] Folie 34

35 Anlagenkonzept Folie 35

36 Wasserspeicher: Einfluss Wärmedämmung Kollektorfläche [m 2 ] Folie 36

37 Sorptionsspeicher: Potenziale Kollektorfläche [m 2 ] Folie 37

38 Schema einer Solaranlage mit Langzeitwärmespeicher Kollektorfeld Kollektorfeld Gebäude 1 Gebäude 2 Heizzentrale Wärmeübergabestation Wärmeübergabestation Solarnetz Wärmeverteilnetz Langzeit- Wärmespeicher Folie 38

39 Schema einer Solaranlage mit Langzeitwärmespeicher Folie 39

40 Heißwasser-Wärmespeicher in Hannover (2.750 m³) Erdreich Drainagekies Dampfdiffusionsoffene, wasserdichte Folie Hochleistungsbeton Dampfsperre Blähglasgranulat in Gewebesäcken Folie 40

41 Heißwasser-Wärmespeicher in Hannover-Kronsberg Bild: Pki, Stuttgart Bild: Pki, Stuttgart Folie 41

42 Heißwasser-Wärmespeicher aus GFK in Ilmenau Glasfaserverstärkter Kunststoff Wärmedämmung Flanschverbindung Folie 42

43 Kies-Wasser-Wärmespeicher in Steinfurt (1.500 m³) PKi Pfeil & Koch ingenieure Temperatur 30 bis 90 C zweilagige Auskleidung aus PP Dampfsperre Wärmedämmung aus Blähglasgranulat indirekte Be- und Entladung Folie 43

44 Bohrlochwand Injektionsschlauch Verfüllmaterial (Bentonit-Sand- Zement-Suspension) Einzel-U-Rohr Doppel-U-Rohr Erdsonden-Wärmespeicher 150 mm 25 mm Koaxialrohr Wärmedämmung (20 cm) Verrohrung in Sandbettlage (20 cm) Bohrloch Geländeoberkante Bohrlochverfüllung Doppel-U- Rohr-Sonde Deckschicht (ca. 2-3 m) aktive Speichertiefe (30 m) Folie 44

45 Ausbaustufen des Erdsonden-Wärmespeicher in Neckarsulm Ausbaustufe 168 Sonden m³ Pilotspeicher 36 Sonden m³ 2. Ausbaustufe; 528 Sonden m³ Folie 45

46 Aquifer-Wärmespeicher nach oben und unten abgetrennte poröse Schicht hohe hydraulische Durchlässigkeit (k f >10-4 m/s) geringer Grundwasserfluß Erschließung über Brunnen direkter Wärmeeintrag /- entzug über Grundwasser chemische Änderung des Grundwassers bei hohen Temperaturen (>50 C) kalte Bohrung Beladung Entladung warme Bohrung Brunnenaufbau: Brunnenkopf Bodenplatte Injektionsstrang Pumpenstrang Wickeldrahtfilter Filterkies Sumpfrohr Pumpe Quelle: Geothermie Neubrandenburg GmbH Folie 46

47 Aquifer-Wärmespeicher in Rostock Folie 47

48 Daten der Langzeit-Wärmespeichertypen Heißwasser Kies-Wasser Erdwärmesonden Speichermedium Wasser Kies/Wasser Erdreich Speicherkapazität in kwh/m³ 60 bis bis bis 30 Speichervolumen für 1 m³ Wasseräquivalent 1 m³ 1,3 bis 2 m³ 3 bis 5 m³ Anforderungen an den Standort gut stehender Boden, Bodenklasse II-III, möglichst kein Grundwasser, 5 bis 15 m Tiefe gut stehender Boden, Bodenklasse II-III, möglichst kein Grundwasser, 5 bis 15 m Tiefe gut bohrbarer Boden, Bodenklasse I-III, Grundwasser günstig (hohe spez. Wärmekapazität), mittlere Wärmeleitfähigkei t, geringe Durchlässig-keit (k f <10-10 m/s), Aquifer nat. Aquiferschicht 30 bis 40 2 bis 3 m³ abgeschlossen nach oben und unten durch dichte Schicht, hohe Porosität, Grundwasser bei hoher Durchlässigkeit (k f >10-4 m/s) notwendig; Folie 48 geringe Fließgeschwindig

49 Entwicklung Anlagenpreise Folie 49

50 Folie 50

51 Solarhaus Quelle: AEE INTEC Speichervolumen: 3,1 m 3 Kollektorfläche: 51 m 2 solare Deckung: 52 % Nachheizung: Holzgebläsekessel Folie 51

52 Funktionsschema Solare Kombianlage Folie 52

53 Haus Nader Quelle: AEE INTEC Speichervolumen: 75 m 3 Kollektorfläche: 85 m 2 solare Deckung: 100% Nachheizung: keine Folie 53

54 Haus Nader Quelle: AEE INTEC Quelle: Folien99\Folie67.CDR AEE INTEC Folie 54

55 Schema einer Solaranlage mit Langzeitwärmespeicher Kollektorfeld Kollektorfeld Gebäude 1 Gebäude 2 Heizzentrale Wärmeübergabestation Wärmeübergabestation Solarnetz Wärmeverteilnetz Langzeit- Wärmespeicher Folie 55