Aktuelle Anwendungsbeispiele zur Nutzung von Wärmespeichern zur Klimatisierung von Gebäuden

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1 Aktuelle Anwendungsbeispiele zur Nutzung von Wärmespeichern zur Klimatisierung von Gebäuden Materialien, Anwendungen, Systeme Stefan Gschwander Energie- und Energiespeichertechnologien Forschung trifft Praxis , Stuttgart Fraunhofer Institute für Solare Energiesysteme, ISE

2 AGENDA Prinzipien Wärmespeicherung / Materialien Beispiele Wärmespeicherung sensibel thermochemisch latent Anwendung Latentwärmespeicher

3 Wärme Temperatur sensible Wärme Temperatur sensible Wärme gespeicherte Wärme latente Wärme gespeicherte Wärme Wärme

4

5 Quelle: LSI Quelle: Cristopia Energiedichte / Komplexität Quelle: AEE-Intec

6 Sensible Wärmespeicher, Integration großer Speichervolumen Quelle: Haase Quelle: ITW Quelle: ECN Quelle: Jenni Energietechnik AG

7 Thermochemische Speicher: Adsorptionsspeicher Quelle: ZAE Quelle: Vaillant Quelle:.K. Henninger, et al., App. Therm. Eng. 30, (2010), pp

8 Latentwärmespeicher (Phasenwechselmaterialien, PCM) Wärmeträgerflüssigkeit PCM nm µm mikroverkapseltes oder emulgiertes Paraffin Trägerflüssigkeit getauchter Wärmeübertrager Makrokapseln Phase Change Slurries (PCS)

9 Paraffine und Salzhydrate als PCM

10 PCM Anwendungen: Gips-Putz mit PCM-Mikrokapsel, PCM im Putzmaterial, Kühlen mit nächtlicher Außenluft (passives System) Mikrokapselanteil etwa 20 30% Schmelztemperatur ca C Reduzierung der Raum-temperatur bis zu 4 C möglich

11 PCM Anwendungen: Zuluft-Konditionierung mit PCM- Makrokapsel-Speicher Speicher im Zuluft-System (Amtsgericht Düsseldorf), Schmelztemperatur C 11t PCM (Platten), ~600kWh 15K), ~25kWh/m³ Winterbetrieb ( T= Zwischenspeicherung nächtlicher Abwärme aus Serverräume im PCM Vorheizung der kühlen Außenluft durch PCM am Tag Sommerbetrieb Einspeicherung von Kälte aus Kühler Zuluft in der Nacht Vorkühlung des Zuluft am Tag Nutzung des Speichers während der Winter- und Sommerperiode

12 Latentwärmespeicher in netzreaktiven Gebäuden (LaNeGe), Dekra-Zentrale, Stuttgart Vaihingen Stromnetz 3 BHKW 1,2 MW el AKM 500 kwth Kessel KKM 300 kw el 1000 kw th Eigenstromversorgung über BHKWs (Stromgeführt) keine Einspeisung ins Stromnetz BHKW Abwärme Heizung (Heizperiode) Kühlen über Absorptionskältemaschine (Kühlperiode) Deckung des Kältebedarfs über KKM und AKM Heizung durch BHKW, Gas- und Öl- Kessel keine thermische Speicher im System vorhanden

13 Latentwärmespeicher in netzreaktiven Gebäuden (LaNeGe), Dekra-Zentrale, Stuttgart Vaihingen Stromnetz 3 BHKW 1,2 MW el AKM 500 kwth Kessel KKM 300 kw el 1000 kw th Interaktion mit dem Stromnetz Regelenergie Einspeisung BHKW und KKW Betriebszeit Kälte- / Wärmebedarf Integration von thermischen Speicher notwendig Flexibilität durch BHKW und KKM Betriebszeit Kältespeicher Temperaturspreizung C Wasser 7 kwh/m 3 71 m³ 1 h AKM-Kälte Stellfläche nicht vorhanden PCM!

14 LaNeGe: Auswahl PCM Temperaturbereich Kälteversorgung C ausgewähltes PCM: S15 Schmelzbereich ca C Schmelzwärme ca. 135 kj/kg Dichte ca. 1,5 kg/l Unterkühlung ca. 2 K nutzbare Wärmekapazität zwischen 12 und 18 C: 110 kj/kg Energiedichte ca. 165 kj/l (12-18 C) Beispiel Kapsel Maße: LxBxH 500x250x32 mm³ (4L) ca. 6 kg PCM

15 LaNeGe: Integration PCM-Speicher PCM-Speichergröße 6 x 2 x 3 =36 m³ 6800 Kapseln 1200 kwh Wasser 36 m³ C 250kWh Leistungsbegrenzung durch geringe Temperaturdifferenzen Serielle Verschaltung von PCM und Kaltwasserspeicher (Sprinklertank, 70 m³) Verringerung der Temperatur wenn T PCM > 12 C Möglichkeit Parallelbetrieb von Kältemaschinen und Speicher Enthalpie [J/g] AKM KKM T T S15 Heizkurve S15 Kühlkurve Temperatur [ C] Kühllast Dekra- Gebäude

16 Zusammenfassung Klassen thermischen Speicherung: Sensible, Latente und thermochemische Wärmespeicherung Energiedichte nimmt von sensibler latenter thermochemischer Wärmespeicherung zu (Temperaturniveau, Temperaturspreizung beachten!) thermochemische Wärmespeicherung bei T >> 60 C Bei der latenten und thermochemischen Wärmespeicherung sind Wärmeübertrager notwendig (+Stoffübertragung bei thermochemischen Wärmespeichern) (Komplexität, Kosten ) isotherme Wärmespeicherung bei PCM Interessant bei Anwendungen mit kleinen Temperaturdifferenzen (Kühlung) Leistung von PCM-Speichern ist durch Wärmeübertrager (z.b. Kapsel) und Material selbst begrenzt Bei der Kältespeicherung (Temperaturspreizung ca. 6 K) kann mit PCM eine 4 6fach höhere Speicherdichte von 4 6 als mit Wasser erreicht werden

17 Danksagung Wir bedanken uns beim Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft für die Förderung des Projektes Latentwärmespeicher in Netzreaktiven Gebäuden, LaNeGe

18 Vielen Danke für Ihre Aufmerksamkeit Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Stefan Gschwander

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