Intelligente Wärmespeicher 2. Symposium Energiespeicher Bautzen, 19. März 2015 Dipl.-Ing. Rolf Förster Europäischer Energiemanager (IHK) 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) Warum Speichern? • Vorrat schaffen („hamstern“) • Zeiten überbrücken (Angebot/Bedarf) Vorgehen • Ist-Stand Anlage und Verbrauchsverhalten analysieren • Zielfunktionen/Anforderungen definieren • Planung ist das A & O 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 ? Die Klassifizierung von Speichern • Nach Größe: bis 1 m³ kleine Speicher (=Standard) bis 10m³ mittelgroße Speicher bis 100m³ Großspeicher >100m³ Jumbospeicher • Nach Druck: Druckspeicher (3…6 bar) (=Standard) drucklos • Nach Montage: vorgefertigt (=Standard) vor-Ort-Montage • Nach Werkstoff: Beton Stahl (=Standard) Kunststoff Die Klassifizierung von Speichern • Nach Speichermedium: Eigenschaft spezif. Wärmekapazität/ Speicherdichte Temperaturfeld nutzb. Aggregatzustand Wasser PCM (Phase Change Material/Paraffin, Salz) Wasser PCM gut (Faktor 1) sehr gut (Faktor 2…4) 5…100°C verschieden, 10…70°C flüssig Phasenwechsel dynamisch, schichtend träge, Sprungschicht sehr hoch …..hoch (?) Verfügbarkeit/Kosten überall/gering beschaffbar/hoch Ergebnis Für Normalfall bei akutem Platzproblem Reaktionszeit Zyklenstabilität 1. Der Betonspeicher • • • • • • Einzelprojekte vor Ort errichtet F&E-Vorhaben i.d.R. > 1.000m³ Teilw. mit Edelstahl beschichtet, Kiesschüttung Serienfertigung nicht ableitbar 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) 3. Kunststoffspeicher (nicht GFK): f-save: FLEXSAVE vor-Ort-Montage aus Stahlrahmen/Dämmplatten/Innenhülle Volumen: 1.500 … 150.000 Liter OPTIMA: Calo-Block Volumen: 1.000 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 Kaskade möglich Einbringmaß/Kippmaß = Einschränkung mittlere und Großspeicher nur durch Kaskaden >Aufwand hydraulisch+Steuerung >Verluste an großer Oberfläche >Transportaufwand >schlechte Raumausnutzung 4. GFK-Speicher 4.1. Der Werkstoff: Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) • geringes Gewicht • selbst isolierend >Wärmeleitfähigkeit: • flexibel zu verarbeiten • korrosionsbeständig • temperaturbeständig (93°C) • alterungsbeständig • chemikalienbeständig λGFK = 0,15…0,3…0,7 W/m*K λSt = 48…50 W/m*K) 4.2. Druckspeicher aus GFK Stahl-Druckspeicher 450 kg 15 Jahre 0,49 W/m²K1) - Gewicht 2m³-Speicher Ansatz Lebensdauer U-Wert im Test ∆T-Schichtung im Test GFK-Druckspeicher 150 kg 40 Jahre 0,20 W/m²K1) 37 K/m1) 97°C 1) Tmax im Test 97°C 1) 3,5 bar1) Pmax im Test 3,5 bar1) 1)Messungen im Wärmespeicherlabor der TU Ilmenau bei Dämmstärke u200 mm und 70°C Speichertemperatur Beispiel: Goethe-Institut, München 6m³ Wärmespeicher und 2 Stück 6m³ Kältespeicher Druckstufe jeweils bis 6 bar 4.3. drucklose Speicher aus GFK energie.depot: Wärme-Hamster© Volumen: 800 … 50.000 Liter Maße: H = 1,50 … 5,00 m Ø = 1,00 … 5,00 m in Kooperation mit VKA Schönbrunn Volumen: ... 300.000 Liter HAASE: T 400 Volumen: 1.100 … 118.000 Liter Maße: H = 1,35 … 10,40 m Ø = 1,30 … 4,40 m Ebitsch: 2-MAX Volumen: 10.000 … 52.000 Liter Maße: H = 2,55 m B = 2,55 m L = 3,05 … 13,05 m Drucklose Speicher, aber warum? > problemlos große Speicher möglich • Baukastenprinzip: Montage vor Ort • variable Abmessungen • keine Einbringbeschränkung/kein Kippmaß • kein MAG für Speichervolumen • optimale Schichtung 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 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 Variante 1 Großer Stahlbehälter: V= 2.700 Liter; Gewicht=360 kg Ø=1,40m/1,55m; H=1,80m/2,00m Oberfläche AO = 12,6 m² Besonderheiten: 1.: Bauarbeiten: -Dach öffnen/ mehrere Räume übereinander? -Giebelwand öffnen? 2.: Kranleistung oder manuell 360 kg 3.: Montage (isolieren, Platz umlaufend) 4.: Druckhaltung für ∆V=107 ltr. 5.: V : AO = 1 : 4 >Machbarkeit >Kosten Bau >Kosten Montage 2. 700 l Variante 2 Standardbehälter Stahl: V=700 Liter; Gewicht=130 kg Ø=0,70m/0,85m; H=1,92m/2,10m, Kippmaß=2,01m Vges: 4 x 700 l = 2.800 Liter AO = 4 x 4,0 m² = 16 m² Besonderheiten: 740 740 740 740 1.: 4 x Verknüpfen (Hydraulik/Steuerung) 2.: V : AO = 1 : 6 >eigentlich zu klein oft wird Kollektorfläche verkleinert >künftige Lösung bleibt unter den Erwartungen Variante 3 GFK-Wärmespeicher von energie.depot: WärmeHamster© V=4.300 l; Gewicht gesamt: 200kg, größtes Einzelteil: 50 kg Ø=1,75m/2,00m; H=1,80m/2,0m AO = 12 m² Besonderheiten: 3.: V4.300 : AOl = 1 : 2,4 1.: Glasfaserkunststoff 2.: vor-Ort-Montage 3.: drucklos (Wärmetauscher Heizkreis, aber kein Ausdehnungsgefäß) 4.: V : AO = 1 : 2,85 >Größe variabel >Raum genutzt >keine Bauarbeiten Beispiel ….+ Lösung EFH mit FEWO Zinnwald: 27m² Hochleistungsdoppelglaskollektoren, Gastherme 6…18 kW (vorher: 35 kW) 4.300-Liter-WärmeHamster© Beispiele Bayreuth, Eigenheim mit Wärmepumpe, Solar und 2.200-Liter-WärmeHamster© oval im Gewölbe Der Wärme-Hamster© im Brauhaus Dessau: 5 x 50m³ + 31m³ = 281 m³ 80 cm Unter dem Dach… Bürohochhaus: ABSA Bank Johannesburg, South Africa 12.000-Liter-WärmeHamster© 2 x Wärmepumpe je 55 kW 1 x Durchlauferhitzer 96 kW Warmwasser für Küchen, Toiletten Kein Platz im Haus? Dann-unterirdisch! Mehrfamilienhaus Cottbus/Dreifertstraße: Fernwärme, 40m² Röhrenkollektor, 4.000-Liter-WärmeHamster©, unterirdisch …oder draußen… Oelsnitz/Vogtland: Wärmerückgewinnung Kunststoffverarbeitung 1 MW, 30.000-Liter-WärmeHamster© Beispiele Spezipack, Klingenberg: Produktionsabwärme > 2 Kältemaschinen je 39,5kW, Heizung Büro/Sozial im 2-Schicht-Betrieb mit 10.000-Liter-WärmeHamster© Beispiel im Überflutungsgebiet Pension in Diera-Zehern: Solaranlagen: 24m² 2.700-Liter-WärmeHamster© im Überflutungsgebiet mit HQ100=1, 50m Beispiele: Aquaturm Radolfzell 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 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
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