DIE THERMOBATTERIE. Wärme mit Zukunft. LANGFRISTIG UND VERLUSTFREI SPEICHERN

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1 DIE THERMOBATTERIE Wärme mit Zukunft. LANGFRISTIG UND VERLUSTFREI SPEICHERN

2 Die Thermobatterie einfach erklärt Vom Handwärmekissen zum Latentwärmespeicher. ÜBERSCHÜSSIGE ENERGIE UNTERKÜHLTE SCHMELZE Auch unter den klimatischen Voraussetzungen in Deutschland kann über das Jahr betrachtet genügend Wärme aus Sonne und Wind erzeugt werden, um die Versorgung mit Heizwärme und warmem Wasser sicherzustellen. Die Verteilung über das Jahr funktioniert allerdings nur, wenn ausreichend langfristige Speichermöglichkeiten vorhanden sind. Die Thermobatterie von HM Heizkörper benutzt zur Speicherung von Wärme den sogenannten Zustand der unterkühlten Schmelze. Damit wird in der Thermodynamik die Absenkung der Temperatur einer Flüssigkeit unter den eigent lichen Erstarrungspunkt bezeichnet, ohne dass die Flüssigkeit fest wird. Die unterkühlte Flüssigkeit hat damit eine niedrigere Temperatur als es ihrem Aggregatzustand entspricht. Damit kann ein Teil der vorher eingebrachten Wärme langfristig und verlustfrei latent gespeichert werden. Mit der gezielten Herbeiführung der Kristallisation wird diese Wärme zum gewünschten Zeitpunkt freigesetzt. Die Nutzung von z. B. Sonnen- und Windenergie ist damit nicht mehr an den unmittelbaren Verbrauch gebunden. 2

3 METASTABILITÄT REVERSIBILITÄT Das von HM verwendete Speichermedium Natriumacetat- Trihydrat befindet sich in der unterkühlten Schmelze in einem metastabilen Zustand. Das heißt, die Häufigkeit der sogenannten Spontanauslösung, also der ungewollten Kristallisation, kann zwar reduziert, nicht aber zu 100 % ausgeschlossen werden. Die Thermobatterie nutzt verschiedene Aggregatzu stände. Der geschilderte Prozess ist daher beliebig oft wiederholbar, vergleichbar etwa dem Prozess des Einfrierens und Aufschmelzens von Eis. HM hat dieses Problem gelöst, indem in der SU-C-Version mehrere Einzelspeicher zu einer Batterie gekoppelt werden. Selbst wenn ein Einzelspeicher die gespeicherte Wärme zu einem nicht gewollten Zeitraum abgibt, bleiben bei entsprechender Auslegung genug Speicherelemente übrig, um die geplante Wärmeversorgung zu gewährleisten. 3

4 Aufheizen - Speichern - Nutzen Der Temperaturverlauf im Zyklus schematisch dargestellt. Temperatur ca. 85 II ca. 56 I III IV ca. 20 Wärmezufuhr I II III IV PHASENWECHSEL VON FEST NACH FLÜSSIG AUFSCHMELZEN DES SPEICHER- MEDIUMS PHASENWECHSEL VON FLÜSSIG NACH FEST ABKÜHLUNG DES SPEICHER- MEDIUMS 4

5 Temperaturverlauf unter Nutzung der unterkühlten Schmelze Temperaturverlauf Standard In der Aufheizphase wird die Salzmischung über einen Wärmetauscher komplett aufgeschmolzen. Um dies sicherzustellen, ist eine Temperatur von ca. 85 C über einen Zeitraum von ca. 3 h notwendig. Bei der in den 3 h benötigten Wärme handelt es sich allerdings um Haltewärme; der Großteil der Energiemenge geht bereits beim Aufheizen und insbesondere auf dem Plateau des Phasenwechsels in den Speicher ein. Anschließend kühlt der Speicher auf Umgebungstemperatur ab. Die dabei freigesetzte Wärme kann unmittelbar genutzt werden. Bei der Abkühlung unterscheidet sich die Salzmisch ung von anderen Speichermedien wie z. B. Wasser. Während bei Wasser der Temperaturverlauf der Abkühlung analog zur Aufwärmung erfolgt, kühlt das Natriumacetat- Gemisch unter Umgehung des Phasen wechselplateaus ab. Die so weniger freigesetzte Wärme kann langfristig und verlustfrei in der unterkühlten Schmelze gespeichert werden. Die latent gespeicherte Wärme kann dann gezielt abgerufen werden. Dazu wird die Kristallisation über die Steuerung der Thermobatterie bewusst in die Wege geleitet. Mit der Kristallisation erwärmt sich die Salzmischung auf ca. 56 C. Der Wärmetauscher wird jetzt wieder durchströmt, um die freigesetzte Energie auf das zu erwärmende Wasser zu übertragen. V VI VII Zeit Wärmeentnahme V VI VII GESPEICHERTE WÄRME LATENTE SPEICHERUNG (ZEITLICH UNBEFRISTET) AUSLÖSUNG DER KRISTALLISATION (AUF ABRUF) 5

6 Die Thermobatterie Heute und morgen. Die Thermobatterie existiert in den zwei Varianten LOT und SU-C. Während der LOT seit August 2017 im Markt verfügbar ist, befindet sich die SU-C-Variante noch in der Pilotphase. Beide Versionen basieren auf dem gleichen Prozess der Speicherung von Wärme in der unterkühlten Schmelze. VOLUMEN TRINKWASSER WÄRMETAUSCHER SPEICHERMEDIUM LOT Mit dem LOT steht erstmals ein Speicher zur Verfügung, der die unterkühlte Schmelze in allen ihren Facetten nutzen kann: Aufnahme von überschüssiger Wärme langfristige und verlustfreie Speicherung gezielte Nutzung. Dabei handelt es sich um eine Zusatzfunktion, d. h. die latente Wärme steht zusätzlich zur eigentlichen Funktion des LOT als Edelstahl-Warmwasserspeicher somit on top zur Verfügung. Damit erhöht sich einerseits die Speicherkapazität um ca. 20 %, vor allem aber kommt bereits im LOT die Langzeit-Speicherfunktion zum Einsatz. 6

7 WÄRMETAUSCHER SPEICHERMEDIUM SU-C Die Thermobatterie in der Vollversion bietet gegenüber dem LOT in den einzelnen Salzspeicherelementen eine wesentlich größere Langzeit-Speicherkapazität, während die Warmwasserspeicherung separat erfolgt. Je nach Konstellation besteht die Möglichkeit, entweder die Grundversorgung mit Heizwärme und Warmwasser zu sichern mögliche Spitzen werden dann anderweitig abgedeckt oder aber externe Spitzen beispielsweise aus dem Stromnetz abzufangen und zur späteren Nutzung zu speichern. Eine SU-C Thermobatterie setzt sich dabei immer aus mehreren Einzelspeichern zusammen, die einzeln aufgeladen und abgerufen werden können. Ein weiterer Vorteil der Einzelmodule: die Thermobatterie kann individuell angepasst und nach Bedarf (und natürlich im Blick auf die Entwicklung der Energiepreise) ausgebaut werden. 7

8 Kommt die Thermobatterie für mich in Frage? Die Beantwortung der nachfolgenden Fragen soll es Ihnen ermöglichen, eine erste Bewertung über die Machbar- keit eines Thermobatterie-Projektes vorzunehmen. Wärmebilanz Ist im Jahresablauf sowohl ein Wärmeüberschuss als auch eine Unterdeckung vorhanden? Wie sind die geografischen und örtlichen Verhältnisse? Erfolgt die Aufladung aus dieser überschüssigen Energie? Zyklenanzahl Ist eine sinnvolle Nutzung der sensiblen Wärme möglich? Wie viele Ladezyklen latent sind im Jahresablauf möglich? Unabhängigkeitsgrad Stehen weitere Wärmeerzeuger zur Verfügung? Handelt es sich um eine Best Case, eine Worst Caseoder eine Teilersatz Lösung? Nutzerprofil Lässt sich das Abnahmeverhalten prognostizieren? Kostenbedarf/Platzbedarf Welcher Kostenrahmen steht zur Verfügung? Steht ein genügend großer Raum für die Thermobatterie zur Verfügung? Kommentar Optimal ist ein kurzer kalter Winter mit wenigen dunklen Tagen und eine lange Übergangszeit im Herbst und im Winter, daneben spielt das Abnahmeverhalten eine Rolle. Nur Energie die übrig ist, lohnt sich zu speichern! In Betracht kommen Solarthermie, Photovoltaik, BHKW, Abwärme, Windenergie,.... Die sensible Wärme kann in der Übergangszeit und im Winter zum Heizen, ansonsten zur Warmwassererzeugung genutzt werden. Entscheidend für die Effizienz der Thermobatterie ist aber die malige Nutzung des Gesamtzyklus und damit der unterkühlten mehr Schmelze, für die Wirtschaftlichkeit notwendig ist daneben aber auch die Nutzung der sensiblen (nicht langfristig speicherbaren) Wärme. Für eine Insellösung, also die komplette Unabhängigkeit von externen Energieversorgern ist eine Worst Case Auslegung unumgänglich allerdings führt das zu deutlich höheren Investitionskosten, da dann die Thermobatterie aus Sicherheitsgründen deutlich größer dimensioniert werden muss. In der Regel dürfte daher eine Teilunabhängigkeit (z.b. 85 %) die sich schneller amortisierende Lösung sein. Ein vernünftiges (soll heißen an die Jahreszeit angepasstes Heizverhalten) wird sich nicht vermeiden lassen, um die Dimensionierung der Thermobatterie in einer überschaubaren Größe zu halten. Zu berücksichtigen sind auch unterschiedliche Nutzerprofile (Einfamilien haus, Büro, Studentenwohnung). Für ein Einfamilienhaus in Mitteleuropa wird sich die Investition im mittleren fünfstelligen Bereich bewegen. Zu prüfen ist, ob ggfls. öffentliche Fördermittel zur Verfügung stehen. 1 Zelle <=> ca. 0,8 m 2 (für ein gut isoliertes Einfamilienhaus in Mitteleuropa sollte von ca Zellen ausgegangen werden) CHECKLISTE Während der LOT universell als High-Performance - Warmwasserspeicher einsetzbar ist, handelt es sich bei der Thermobatterie SU-C um ein komplexes System, in dem Wärmeerzeugung, Speicherung und Wärmeübertragung aufeinander abzustimmen sind. Den Kern bilden dabei die modular eingesetzten Speicher elemente, die den Ausgleich zwischen Wärmeeintrag und Wärmeverbrauch leisten. Die Komplexität bedingt deshalb auch eine differenzierte Auslegung und Steuerung der Gesamtanlage. Unsere Checkliste unter kann Ihnen einen ersten Eindruck verschaffen, ob eine Thermobatterie für Sie passt. Und mit unseren i-select-partnern stehen Ihnen zertifizierte Heizungsinstallateure zur Verfügung, um eine Machbarkeits studie zu erstellen. 8

9 MÖGLICHE WÄRMEQUELLEN Generell kann jede Wärmequelle zum Einsatz kommen, sofern die Wärme nicht extra produziert werden muss, sondern praktisch im Überschuss zur Verfügung steht und auch nicht anderweitig sofort genutzt werden kann. In Betracht kommen dafür vor allem Solarthermie und Photo voltaik, aber auch Überschusswärme z. B. aus Industriekreisläufen. Falls eine Einbindung in ein regionales Netzwerk erfolgen kann, bietet sich mit der Möglichkeit der Nutzung von Strom übermengen natürlich die Chance, im Verbund mit dem Stromversorger ein Gesamtkonzept zu erstellen. Bei Fragen helfen wir Ihnen gerne weiter: Fabian Hoppe +49 (036075)

10 Kompetenz in Sachen Heizkörper CENTARA- Technologie Serielle Durchströmung NACHHALTIG HEIZEN MIT CENTARA-TECHNOLOGIE HM fertigt seit über 20 Jahren Heizkörper in Dingelstädt / Thüringen und gehört zu den führenden europäischen Herstellern. Mehr als 5 Millionen installierte Heizkörper weltweit zeugen von innovativen Produkten, garantierter Qualität und marktgerechten Preisen. Die seit 2004 angebotene CENTARA-Technologie stellt das Energiesparen auch beim Heizkörper in den Vordergrund. Die abgesenkte Oberflächentemperatur auf der Heizkörperrückseite erlaubt bei gleichem Wohnkomfort eine deutliche Senkung der Energiekosten. Eine ausgewogene Verteilung von Konvektionswärme (für schnelles Aufheizen) und Strahlungswärme (für nachhaltiges Wohlbefinden) macht den Plattenheizkörper zur idealen Wärmequelle. Wichtig ist nicht nur die objektive Temperatur sondern auch das subjektive Wärmeempfinden. Relevant dafür ist der Strahlungswärmeanteil sowie ganz allgemein, dass es eine identifizierbare Wärmequelle gibt. Heizkörper von HM sind optimiert im Hinblick auf den Strahlungswärmeanteil und stellen gleichzeitig eine fühlbare und elegante Wärmequelle im Raum dar. 10

11 Kurze Reaktionszeiten Viel Strahlungswärme Optimale Wärmeverteilung 11

12 Die Abbildungen und Texte dieser Unterlage sind unverbindlich. Technische Änderungen, Irrtümer und Druckfehler vorbehalten. hm-heizkoerper.de H.M. Heizkörper GmbH & Co. KG Wachstedter Str. 13, D Dingelstädt 0-HMDEEK-TB