IEA-SHC Task 32: Fortschrittliche Wärmespeicher

IEA-SHC Task 32 behandelt fortschrittliche Wärme-Speicher für Niedrigenergiehäuser. Speicher auf Basis Phasenwechselmatrialien in solaren Kombisystemen und konventionellen Anlagen reduzieren durch verringertes Takten die Emissionen von Biomasse- und Gas- Wärmeerzeugern stark und erhöhen Kessel-Nutzungsgrad und solare Deckung

Kurzbeschreibung

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit stellt ein wissenschaftliches Projekt für den Task 32 der Internationalen Energieagentur "Advanced Storage Concepts for Solar and Low Energy Buildings" im Rahmen des Implementing Agreement on Solar Heating and Cooling dar.

Im Projekt wurden, unter Zugrundelegung der Randbedingungen des Task 32 und der beteiligten Firmen, Kurzzeit-Speichereinheiten zur Koppelung mit Heizungskesseln und für den Einsatz in solaren Kombisystemen auf Basis von Phasenwechselmaterialien (engl. Phase Change Material, kurz PCM) entwickelt und getestet. Das Ziel ist dabei eine Reduzierung der Taktrate und damit des Emissionsausstoßes von Kesseln und eine Erhöhung des solaren Deckungsgrades.

Im Rahmen des Projekts wurden unterschiedliche als PCM in Frage kommende Materialien charakterisiert und für die weiteren Arbeiten im Projekt ausgewählt. Die Materialien wurden auf unterschiedliche Art und Weise in Versuchs-Wärmespeicher integriert, die dann detailliert vermessen wurden. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Speicherkapazität im Vergleich zur sensiblen Wärmespeicherung mit Wasser und die erzielbare Be- und Entladeleistung gelegt.

Zur Bewertung der Emissionen und des Wirkungsgrades von Heizungskesseln im Taktbetrieb wurden Messungen mit einem Gas- und einem Pelletkessel durchgeführt. Mit den gewonnenen Daten wurden Emissionsfaktoren für den stationären Betrieb, bezogen auf die eingesetzte Brennstoffwärme, sowie die zusätzlichen Emissionen pro Taktzyklus für CO und HC für die beiden Kessel ermittelt.

Mittels dynamischer Simulationen des gesamten Systems aus Gebäude, Heizungssystem und Kessel wurde die Anzahl der Taktzyklen, die pro Jahr bei unterschiedlichen Rahmenbedingungen hinsichtlich der hydraulischen Einbindung des Kessels auftreten, ermittelt. Basierend auf diesen Ergebnissen und den gemessenen Emissionsfaktoren wurden die gesamten Emissionen aus stationären und instationären Betriebsphasen berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Varianten ohne Energiespeicher die Emissionen aus dem instationären Betrieb einem Vielfachen der Emissionen aus dem stationären Betrieb entsprechen. Durch Koppelung des Kessels mit einem kleinen Energiespeicher kann die Anzahl der Taktzyklen und damit der Emissionsausstoß stark reduziert werden. Dabei ermöglicht der Einsatz von PCM-Speichern im Vergleich zu Wasserspeichern eine weitere Reduktion bei gleichem Volumen. Durch die Entwicklung einer kleinen PCM-Speichereinheit, die hohe Be- und Entladeleistungen ermöglicht, kann die Warmwasserbereitung im Durchlaufprinzip mit dem Speicher als Wärmequelle erfolgen.

Im Rahmen des Projekts wurde auch eine erste Untersuchung der Auswirkungen der Integration von PCM-Materialien in den Energiespeicher eines solaren Kombisystems zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung durchgeführt. Dabei wurden Simulationen eines Kombisystems mit unterschiedlichen Konfigurationen hinsichtlich der Kollektorfläche und des Speichervolumens unter den im Task 32 definierten Referenzbedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine Verbesserung gegenüber Wasserspeichern, die aber insgesamt geringer als erwartet ist. Insbesondere im Bereich von kleinen Speichern, sollte sich eine deutlichere Verbesserung des solaren Deckungsgrades durch eine Erhöhung der Speicherkapazität ergeben. Diesbezüglich werden im Rahmen des Task 32 noch weitere umfangreiche Untersuchungen angestellt.

Workshops

  • Task 32&40: Workshop "Torrefizierung von Biomasse" – Beitrag in der BLT-Newsletter "Nachwachsende Rohstoffe Nr. 59"
    Der Beitrag gibt einen Überblick über den im Rahmen der Mitteleuropäischen Biomassekonferenz 2011 von Task 40 gemeinsam mit Task 32 abgehaltenen Workshop „Development of torrefaction technologies and impact on global bioenergy use and international bioenergy trade“.

Publikationen

Fortschrittliche Wärmespeicher

Erhöhung von solarem Deckungsgrad und Kesselnutzungsgrad und Emissionsverringerung durch verringertes Takten
Schriftenreihe 15/2007 W. Streicher et al., Herausgeber: bmvit
Deutsch, 159 Seiten

Downloads zur Publikation

Projektbeteiligte

Projektleiter

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Wolfgang Streicher
Institut für Wärmetechnik, TU Graz

Projekt- bzw. Kooperationspartner 

Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL) (Werkvertragspartner)

Teilnehmende Staaten

Austria, Canada, Denmark, Finland, Germany, Ireland, Italy, Netherlands, Norway, Sweden, Switzerland, Turkey, UK

Kontaktadresse

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Wolfgang Streicher
Institut für Wärmetechnik, TU Graz
Inffeldgasse 25/B, A-8010 Graz
Tel.: +43 (316) 873-7306
Fax: +43 (316) 873-7305
E-Mail: streicher@iwt.tugraz.at
Internet: www.iwt.tugraz.at

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