Effektivitätssteigerung von Wärmespeichern

Mit neuer Effizienzanalyse zu größeren Speicherkapazitäten in hydraulischen Systemen

In hydraulischen Systemen spielen Pufferspeicher, in denen Wasser als Speichermedium verwendet wird, eine große Rolle. Sie werden eingesetzt, wenn die Gleichzeitigkeit von Wärmebedarf und Wärmeangebot nicht gegeben ist. Hierzu zählt der Anwendungsbereich der Solarthermie genauso wie die Reduzierung der Takthäufigkeit von Wärmeerzeugern (Heizungskessel, BHKWs)

Prof. Dr.-Ing. Alexander Floß, Hochschule Biberach, Dipl. Ing. (FH) Christian Dietrich
Nicht nur die Größe von Pufferspeichern, sondern auch deren hydraulische Einbindung in Verbindung mit der Positionierung der Regelfühler beeinflusst deren effektiv speicherbare Wärmemenge maßgeblich. Ein neues Verfahren kann die Speicherkapazität in bestehenden Systemen deutlich erhöhen. Die Zwei-Zonen-Entladung bewirkt eine wesentliche Effizienzsteigerung. An einem Pufferspeicher eines BHKWs in einem Wohnhaus wird dieser Vorgang exemplarisch gezeigt. Auf diese Weise kann ein erheblicher Anteil an Energie gespart werden.

In hydraulischen Systemen spielen Pufferspeicher, in denen Wasser als Speichermedium verwendet wird, eine große Rolle. Sie werden eingesetzt, wenn die Gleichzeitigkeit von Wärmebedarf und Wärmeangebot nicht gegeben ist. Hierzu zählt der Anwendungsbereich der Solarthermie genauso wie die Reduzierung der Takthäufigkeit von Wärmeerzeugern (Heizungskessel, BHKWs), deren Heizleistung sich nur eingeschränkt oder stark verlustbehaftet an den aktuellen Verbrauch anpassen lässt.

Damit haben Pufferspeicher einen entscheidenden Einfluss auf die Gesamteffizienz von Thermischen Energiesystemen. Die Aufgabe der Pufferspeicher ist hierbei, möglichst viel Wärme aufzunehmen, sie weitgehend verlustfrei aufzubewahren und dem Verbraucher bei Bedarf auf dem geforderten Temperaturniveau zur Verfügung zu stellen.

Die Effizienz solcher hydraulischer Pufferspeicher kann durch die effektive (an den Verbraucher übergebene) volumenspezifische Wärmespeicherung pro Arbeitszyklus beschrieben werden. Bei Pufferspeichern, in denen Wasser als Speichermedium verwendet wird, spielt neben der Wärmedämmung die Temperaturspreizung zwischen Be- und Entladung eine wichtige Rolle. Aber auch der speicherinterne Temperaturausgleich infolge von Mischvorgängen, Wärmeleitung und Konvektion hat großen Einfluss auf die effektive Speichermenge, was im Bereich der Schichtenspeicher ständig optimiert wird.

Untersuchungen Block-Heiz-Kraft-Werk (BHKW) – Pufferspeicher
Ausgangspunkt der vorliegenden Veröffentlichung waren Arbeiten am Institut für Gebäude und Energiesysteme der Hochschule Biberach, bei denen im bestehenden Heizungssystem eines Mehrfamilienhauses das Taktverhalten des Block-Heiz-Kraft-Werkes (BHKW) in Abhängigkeit von der hydraulischen Einbindung eines konventionellen Pufferspeichers untersucht wurde. Dabei hat sich gezeigt, dass die hydraulische Einbindung das Schichtverhalten in konventionellen Pufferspeichern maßgeblich beeinflusst, was sich direkt auf deren Effizienz auswirkt.

Wie Abb.1 aufzeigt, konnte bei vergleichbaren Randbedingungen die Takthäufigkeit des BHKWs halbiert werden. Die effektive Speicherkapazität eines Pufferspeichers lässt sich durch die Positionierung der Temperaturfühler weiter optimieren. Um diese Zusammenhänge zu erklären, wurde eine graphische Methode entwickelt. Die Speichereffizienz wird hierbei durch Auftragen der Temperatur über die Speicherhöhe ermittelt und anschaulich dargestellt ( Speichereffizienzdarstellung nach Dietrich ). […]

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