Wärmespeicher Solarenergie auch wenn die Sonne nicht scheint Pfaffenwaldring 6, 70550 Stuttgart Email: kerskes@itw.uni-stuttgart.de Internet: www.itw.uni-stuttgart.de Folie 1
Gliederung Wärmespeicher für Solaranlagen im Ein- und Zweifamilienhaus Solarunterstützte Nahwärmeversorgung in Kombination mit saisonalen Wärmespeichern Folie 2
Thermische Solarenergie am ITW Solar unterstütze Nahwärme Folie 3
Solartechnik am ITW Größtes Prüfzentrum für Solaranlagen und ihrer Bauteile in Europa - Kollektorprüfung nach EN12975 - Systemprüfung nach EN12976 - Speicherprüfung nach EN12977 Forschungsschwerpunkt: solare Kombianlagen mit hohem Deckungsanteil Folie 4
Solare Kombianlagen Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung sind technische ausgereift am Markt etabliert Marktanteil > 50% Typische Anlagengröße: 10-15 m 2 Kollektorfläche 500-1000 l Kombispeicher Solarer Deckungsanteil 20-30% des jährl. Gesamtwärmebedarfs Entwicklungsziel: solarer Deckungsanteil > 50% Folie 5
Strahlungsangebot - Wärmebedarf Folie 6
Möglichkeiten der Speicherung von Wärme Folie 7
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
Die Randbedingungen der Simulationsstudie Referenzgebäude am Standort Würzburg Folie 9
Potenziale großer Warmwasserspeicher Folie 10
Einfluss Kollektorfläche (FK); (Speichervolumen fix) Ziel: f sav = 50 % + x von der solaren Heizungsunterstützung zur fossil unterstützten Solarheizung! Folie 11
Große solare Kombianlagen Kollektorfläche: 45 m², geschätzter Wärmebedarf: 9750 kwh Folie 12
Große Warmwasser-Speicher im Gebäude integrierter Warmwasserspeicher Volumen: 7,3 m³ f sav > 50% (erwartet) Folie 13
Haus Nader Quelle: AEE INTEC Quelle: Folien99\Folie67.CDR AEE INTEC Folie 14
Kunststoff-Speicher Speicherbehälter aus GFK, Volumen 10-40 m³ Folie 15
Latentwärmespeicher: Prinzip Folie 16
Latentwärmespeicher: Potenziale Kollektorfläche [m 2 ] Folie 17
Sorptionsspeicher: Prinzip (geschlossener Prozess) Folie 18
Sorptionsspeicher AEE Intec Niedrigenergie- Einfamilienhaus Oberösterreich 32 m² Flachkollektoren 900 l Pufferspeicher 2 Sorptionsspeicher mit insgesamt 1000 kg Silikagel Fußbodenheizung Folie 19
Das Projekt MonoSorp (ITW) Integration eines offenen Adsorptionsspeichers in eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Folie 20
Das Projekt MonoSorp (ITW) Integration eines offenen Adsorptionsspeichers in eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Folie 21
Innovative Speichertechnologien im Vergleich Latentwärmespeicher Folie 22
Solar unterstütze Nahwärme Folie 23
Solarunterstützte Nahwärmeversorgung mit saisonalen Wärmespeichern Friedrichshafen Inbetriebnahme 1996 (Ausbau 2002) 280 WE (387 WE) 2.700 m² (4.300 m²) Kollektorfläche Heißwasser-Speicher (12.000 m³) Folie 24
Heißwasser-Wärmespeicher Friedrichshafen (12.000 m³) Wandaufbau: Erdreich Drainagekies PVC-Folie Wärmedämmung aus Mineralwolle Beton Edelstahlblech 1,25 mm Folie 25
Bauformen saisonaler Wärmespeicher Heißwasserspeicher Kies/Wasser-Speicher Erdsondenspeicher Folie 26
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
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
Ausbaustufen Erdsonden-Wärmespeicher in Neckarsulm 1999 1. Ausbaustufe 168 Sonden 20.000 m³ Pilotspeicher 36 Sonden 4.300 m³ 2. Ausbaustufe; 528 Sonden 63.000 m³ 1997 2002 Folie 29
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
Reserve-Folien Reserve-Folien Folie 31
Anlage mit Rücklaufanhebung Folie 32
Einfluß des Speichervolumens Speichervolumen 70 Liter / m 2 Kollektorfläche Quelle: Folien99\Folie76.CDR Folie 33
Einfluss Kollektortyp Kollektorfläche [m 2 ] Folie 34
Anlagenkonzept Folie 35
Wasserspeicher: Einfluss Wärmedämmung Kollektorfläche [m 2 ] Folie 36
Sorptionsspeicher: Potenziale Kollektorfläche [m 2 ] Folie 37
Schema einer Solaranlage mit Langzeitwärmespeicher Kollektorfeld Kollektorfeld Gebäude 1 Gebäude 2 Heizzentrale Wärmeübergabestation Wärmeübergabestation Solarnetz Wärmeverteilnetz Langzeit- Wärmespeicher Folie 38
Schema einer Solaranlage mit Langzeitwärmespeicher Folie 39
Heißwasser-Wärmespeicher in Hannover (2.750 m³) Erdreich Drainagekies Dampfdiffusionsoffene, wasserdichte Folie Hochleistungsbeton Dampfsperre Blähglasgranulat in Gewebesäcken Folie 40
Heißwasser-Wärmespeicher in Hannover-Kronsberg Bild: Pki, Stuttgart Bild: Pki, Stuttgart Folie 41
Heißwasser-Wärmespeicher aus GFK in Ilmenau Glasfaserverstärkter Kunststoff Wärmedämmung Flanschverbindung Folie 42
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
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
Ausbaustufen des Erdsonden-Wärmespeicher in Neckarsulm 1999 1. Ausbaustufe 168 Sonden 20.000 m³ Pilotspeicher 36 Sonden 4.300 m³ 2. Ausbaustufe; 528 Sonden 63.000 m³ 1997 2001 Folie 45
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
Aquifer-Wärmespeicher in Rostock Folie 47
Daten der Langzeit-Wärmespeichertypen Heißwasser Kies-Wasser Erdwärmesonden Speichermedium Wasser Kies/Wasser Erdreich Speicherkapazität in kwh/m³ 60 bis 80 30 bis 50 15 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
Entwicklung Anlagenpreise Folie 49
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Solarhaus Quelle: AEE INTEC Speichervolumen: 3,1 m 3 Kollektorfläche: 51 m 2 solare Deckung: 52 % Nachheizung: Holzgebläsekessel Folie 51
Funktionsschema Solare Kombianlage Folie 52
Haus Nader Quelle: AEE INTEC Speichervolumen: 75 m 3 Kollektorfläche: 85 m 2 solare Deckung: 100% Nachheizung: keine Folie 53
Haus Nader Quelle: AEE INTEC Quelle: Folien99\Folie67.CDR AEE INTEC Folie 54
Schema einer Solaranlage mit Langzeitwärmespeicher Kollektorfeld Kollektorfeld Gebäude 1 Gebäude 2 Heizzentrale Wärmeübergabestation Wärmeübergabestation Solarnetz Wärmeverteilnetz Langzeit- Wärmespeicher Folie 55