Intelligente Wärmespeicher

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Damian Stein
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1 Intelligente Wärmespeicher 2. Symposium Energiespeicher Bautzen, 19. März 2015 Dipl.-Ing. Rolf Förster Europäischer Energiemanager (IHK)

2 Worüber reden wir? V...über Energie also über Strom Aber auf der Nordhalbkugel ist Energie zu 50% Wärme (Raum- und Prozesswärme) 20% Strom (30% Kraftstoff)

3 Warum Speichern? Vorrat schaffen ( hamstern ) Zeiten überbrücken (Angebot/Bedarf)

4 Vorgehen Ist-Stand Anlage und Verbrauchsverhalten analysieren Zielfunktionen/Anforderungen definieren Planung ist das A & O

5 Der Entscheidungsweg 1. Bedarf: Volumen Wasser V=Q/(ρ*c* T) (PCM später) 2. Gebäude: Bestand oder Neubau 3. Anlagenspezifik: Druck notwendig? Schichtung wichtig? Lang-/Kurzzeitspeicher Rolle der Verluste 4. Kosten: Äpfel nicht mit Birnen vergleichen (Nebenkosten wie Kran, Umbau, MAG, Wärmetauscher usw. beachten) Speicher A, B, C oder ed?

Lang-/Kurzzeitspeicher Rolle der Verluste 4.

6 Die Klassifizierung von Speichern Nach Größe: bis 1 m³ kleine Speicher (=Standard) bis 10m³ bis 100m³ >100m³ mittelgroße Speicher Großspeicher Jumbospeicher Nach Druck: Druckspeicher (3 6 bar) (=Standard) drucklos Nach Montage: vorgefertigt (=Standard) vor-ort-montage Nach Werkstoff: Beton Stahl (=Standard) Kunststoff

Jumbospeicher Nach Druck: Druckspeicher (3 6 bar) (=Standard) drucklos Nach

7 Die Klassifizierung von Speichern Nach Speichermedium: Wasser PCM (Phase Change Material/Paraffin, Salz) Eigenschaft Wasser PCM spezif. Wärmekapazität/ gut (Faktor 1) sehr gut (Faktor 2 4) Speicherdichte Temperaturfeld C verschieden, C nutzb. Aggregatzustand flüssig Phasenwechsel Reaktionszeit dynamisch, schichtend träge, Sprungschicht Zyklenstabilität sehr hoch..hoch (?) Verfügbarkeit/Kosten überall/gering beschaffbar/hoch Ergebnis Für Normalfall bei akutem Platzproblem

Wärmekapazität/ gut (Faktor 1) sehr gut (Faktor 2 4) Speicherdichte Temperaturfeld 5 100 C verschieden, 10 70 C nutzb.

8 1. Der Betonspeicher Einzelprojekte vor Ort errichtet F&E-Vorhaben i.d.r. > 1.000m³ Teilw. mit Edelstahl beschichtet, Kiesschüttung Serienfertigung nicht ableitbar

9 2. Der Stahlspeicher Massenprodukt bis 1m³ als Druckspeicher bis 50m³ Sonderbau auch größer hohes Gewicht Transport-/Kranaufwand Druckausgleich (MAG) Einbringmaß/Kippmaß = Einsatzbeschränkung Druckspeicher ortgeschweißt?! Korrosion Verluste (Stahl, Eigenkonvektion > Entladung über Nacht)

Druckausgleich (MAG) Einbringmaß/Kippmaß = Einsatzbeschränkung

10 3. Kunststoffspeicher (nicht GFK): f-save: FLEXSAVE vor-ort-montage aus Stahlrahmen/Dämmplatten/Innenhülle Volumen: Liter OPTIMA: Calo-Block Volumen: l (500 l) Maße: 0,80 x 1,52 x 1,70 m Kaskade möglich ROTEX: Sanicube Volumen: 500 l Maße: 0,60 x 0,62 x 1,60 m Kaskade möglich Einbringmaß/Kippmaß = Einschränkung mittlere und Großspeicher nur durch Kaskaden >Aufwand hydraulisch+steuerung >Verluste an großer Oberfläche >Transportaufwand >schlechte Raumausnutzung

000 l (500 l) Maße: 0,80 x 1,52 x 1,70 m Kaskade möglich ROTEX: Sanicube Volumen: 500 l Maße: 0,60 x 0,62 x 1,60 m

11 4. GFK-Speicher 4.1. Der Werkstoff: Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) geringes Gewicht selbst isolierend >Wärmeleitfähigkeit: λgfk = 0,15 0,3 0,7 W/m*K λst = W/m*K) flexibel zu verarbeiten korrosionsbeständig temperaturbeständig (93 C) alterungsbeständig chemikalienbeständig

selbst isolierend >Wärmeleitfähigkeit: λgfk = 0,15 0,3 0,7 W/m*K λst =

12 4.2. Druckspeicher aus GFK Stahl-Druckspeicher 450 kg 15 Jahre 0,49 W/m²K 1) - 97 C 1) 3,5 bar 1) Gewicht 2m³-Speicher Ansatz Lebensdauer U-Wert im Test T-Schichtung im Test T max im Test P max im Test GFK-Druckspeicher 150 kg 40 Jahre 0,20 W/m²K 1) 37 K/m 1) 97 C 1) 3,5 bar 1) 1) Messungen im Wärmespeicherlabor der TU Ilmenau bei Dämmstärke u200 mm und 70 C Speichertemperatur

max im Test GFK-Druckspeicher 150 kg 40 Jahre 0,20 W/m²K 1) 37 K/m 1) 97 C 1) 3,5 bar 1) 1)

13 Beispiel: Goethe-Institut, München 6m³ Wärmespeicher und 2 Stück 6m³ Kältespeicher Druckstufe jeweils bis 6 bar

14 4.3. drucklose Speicher aus GFK energie.depot: Wärme-Hamster HAASE: T 400 Volumen: Liter Maße: H = 1,50 5,00 m Ø = 1,00 5,00 m in Kooperation mit VKA Schönbrunn Volumen: Liter Volumen: Liter Maße: H = 1,35 10,40 m Ø = 1,30 4,40 m Ebitsch: 2-MAX Volumen: Liter Maße: H = 2,55 m B = 2,55 m L = 3,05 13,05 m

000 Liter Maße: H = 1,50 5,00 m Ø = 1,00 5,00 m in Kooperation mit VKA Schönbrunn

15 Drucklose Speicher, aber warum? > problemlos große Speicher möglich Baukastenprinzip: Montage vor Ort variable Abmessungen keine Einbringbeschränkung/kein Kippmaß kein MAG für Speichervolumen optimale Schichtung

16 Maße: H = 1,50 5,00 m (frei wählbar) Ø = 1,00 5,00 m (frei wählbar) Ausstattung: projektbezogen Energieeintrag: Solar, Biomasse, BHKW,...Wärmerückgewinnung Dämmung: Mineralwolle oder Hanf oder EPS interne Wellrohrwärmetauscher Flanschanschlüsse für externe Wärmetauscher Schichtenlader + Flansche + interne Wellrohrtauscher

..Wärmerückgewinnung Dämmung: Mineralwolle oder Hanf oder EPS interne

17 Beispiel aus der Praxis Die gängige Praxis EFH mit FEWO Zinnwald: Gaskessel 35 kw, Trinkwasserboiler 300 ltr. Gebäude: Dachfläche 30m² Kellerraum: LxBxH = 2,5m x 2m x 2,10m kleinste Tür: BxH = 0,80m x 1,80m Wunsch: Kollektorfläche: min. 20 m² Speichervolumen: größtmöglich

Gebäude: Dachfläche 30m² Kellerraum: LxBxH = 2,5m x 2m x 2,10m

18 Variante 1 Großer Stahlbehälter: V= Liter; Gewicht=360 kg Ø=1,40m/1,55m; H=1,80m/2,00m Oberfläche A O = 12,6 m² Besonderheiten: 1.: Bauarbeiten: -Dach öffnen/ mehrere Räume übereinander? -Giebelwand öffnen? l 2.: Kranleistung oder manuell 360 kg 3.: Montage (isolieren, Platz umlaufend) 4.: Druckhaltung für V=107 ltr. 5.: V : A O = 1 : 4 >Machbarkeit >Kosten Bau >Kosten Montage

: Bauarbeiten: -Dach öffnen/ mehrere Räume übereinander? -Giebelwand öffnen? 2. 700 l 2.

19 Variante 2 Standardbehälter Stahl: V=700 Liter; Gewicht=130 kg Ø=0,70m/0,85m; H=1,92m/2,10m, Kippmaß=2,01m V ges : 4 x 700 l = Liter A O = 4 x 4,0 m² = 16 m² Besonderheiten: 1.: 4 x Verknüpfen (Hydraulik/Steuerung) 2.: V : A O = 1 : 6 >eigentlich zu klein oft wird Kollektorfläche verkleinert >künftige Lösung bleibt unter den Erwartungen

800 Liter A O = 4 x 4,0 m² = 16 m² Besonderheiten: 1.

20 Variante 3 GFK-Wärmespeicher von energie.depot: WärmeHamster Besonderheiten: V=4.300 l; Gewicht gesamt: 200kg, größtes Einzelteil: 50 kg Ø=1,75m/2,00m; H=1,80m/2,0m A O = 12 m² 1.: Glasfaserkunststoff 2.: vor-ort-montage 3.: drucklos (Wärmetauscher Heizkreis, 4.: V : A O = 1 : 2,85 3.: V : A O l = 1 : 2,4 >Größe variabel >Raum genutzt >keine Bauarbeiten aber kein Ausdehnungsgefäß)

: Glasfaserkunststoff 2.: vor-ort-montage 3.: drucklos (Wärmetauscher Heizkreis, 4.

21 Beispiel.+ Lösung EFH mit FEWO Zinnwald: 27m² Hochleistungsdoppelglaskollektoren, Gastherme 6 18 kw (vorher: 35 kw) Liter-WärmeHamster

22 Beispiele Bayreuth, Eigenheim mit Wärmepumpe, Solar und Liter-WärmeHamster oval im Gewölbe

23 Der Wärme-Hamster im Brauhaus Dessau: 5 x 50m³ + 31m³ = 281 m³ 80 cm

24 Unter dem Dach Bürohochhaus: ABSA Bank Johannesburg, South Africa Liter-WärmeHamster 2 x Wärmepumpe je 55 kw 1 x Durchlauferhitzer 96 kw Warmwasser für Küchen, Toiletten

25 Kein Platz im Haus? Dann-unterirdisch! Mehrfamilienhaus Cottbus/Dreifertstraße: Fernwärme, 40m² Röhrenkollektor, Liter-WärmeHamster, unterirdisch

26 oder draußen Oelsnitz/Vogtland: Wärmerückgewinnung Kunststoffverarbeitung 1 MW, Liter-WärmeHamster

27 Beispiele Spezipack, Klingenberg: Produktionsabwärme > 2 Kältemaschinen je 39,5kW, Heizung Büro/Sozial im 2-Schicht-Betrieb mit Liter-WärmeHamster

28 Beispiel im Überflutungsgebiet Pension in Diera-Zehern: Solaranlagen: 24m² Liter-WärmeHamster im Überflutungsgebiet mit H Q100 =1, 50m

29 Beispiele: Aquaturm Radolfzell

30 Intensive Nutzung von Energie erfordert intelligente Speicher. optimale Wärmedämmung (=Speicher-Werkstoff + Isolation) minimale Stillstandverluste keine Konvektion Wärmeeinschichtung und bedarfsgerechter Wärmeaustrag maximaler Systemnutzungsgrad optimale Raumausnutzung maximale Wirtschaftlichkeit

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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