IEA SHC, Task Solarthermische Anlagen mit fortschrittlichen Speichertechnologie für Niedrigenergiegebäude

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Der Task 32 "Speicherkonzepte für Niedrigenergiegebäude mit Sonnenenergienutzung" des Implementing Agreements on Solar Heating and Cooling der Internationalen Energieagentur (IEA) wurde im Juni 2003 offiziell gestartet und mit Ende 2007 beendet. Er befasste sich mit den Möglichkeiten der fortschrittlichen Wärmespeicherung für solarunterstützte Heizungssysteme von Niedrigenergiehäusern mit hohem solaren Deckungsgrad. Neben der theoretischen Untersuchung verschiedener Speichervarianten wurden auch ausgeführte Speicher verbessert bzw. neue Speicher geplant. Die folgenden vier Subtasks wurden bearbeitet:

Subtask A

Erhebung, Analyse und Verbreitung des Standes der Technik im Bereich fortschrittlicher Wärmespeicher, Erstellung von Randbedingungen für den Vergleich der unterschiedlichen Speicher

Ergebnis

• Task 32 Handbook, Thermal energy storage for solar and low energy buildings
• Randbedingungen für den Vergleich verschiedener Speichertechnologien

Leitung: Schweiz, Ende: 31. Dezember 2007

Subtask B

Chemische Speicher und Sorptionsspeicher:

Ergebnis

• Theoretische Analyse von geeigneten Soprtions Materialien
• Prototypen von Erfolg versprechenden Speicherkonzepten
• Simulationsmodule für Speicherkonzepte, Jahressimulationen innerhalb der Randbedingungen aus Subtask A

Leitung: Schweden, Ende 31. Dezember 2007

Subtask C

Wärmespeicher mit Phasenwechselmaterialen (PCM -Speicher)

Ergebnis

• Analyse von bekannten PCM Materialien
• Prototypen von Erfolg versprechenden Speicherkonzepten
• Simulationsmodule für Speicherkonzepte, Jahressimulationen innerhalb der Randbedingungen aus Subtask A

Leitung: Österreich (Auftragnehmer), Ende: 31. Dezember 2007

Subtask D

Fortschrittliche Warmwasserspeicher und Ihre Komponenten

Ergebnis: Prototypen von Erfolg versprechenden Speicherkonzepten, Verbesserung von vorhandenen Konzepten.

Leitung: Deutschland, Ende: 31. Dezember 2007

Motivation

Wärmespeicherung ist eines der Hauptprobleme bei der Nutzung von thermischer Sonnenenergie, wenn ein höherer Anteil an Solarenergie am gesamten Energiebedarf von Gebäuden angestrebt wird. Weitere Einsatzgebiete von Wärmespeichern sind u.a. die Einbringung in Putze oder Gipskartonplatten zur Erhöhung der thermischen Speichermassen von Gebäuden und die Verwendung für nicht leistungsgeregelte Wärmeerzeuger, um die Taktrate und damit die Emissionen niedrig zu halten.

Inhalt und beabsichtigte Ziele

Im hier beschriebenen Projekt werden primär Organisations-, Reise- und Berichtskosten sowie einige Arbeiten für den Task wie z.B. die Erstellung von gemeinsamen Randbedingungen finanziert. Die eigentliche Forschungsarbeit wurde zum Teil durch zwei EU-Projekte der Projektbeteiligten (Phasenwechselmaterialen und Sorption) und begleitende nationale Projekte sichergestellt und kann als Eigenleistung angesehen werden. Beide EU-Projekte endeten lange vor der Beendigung des IEA-Tasks. Die nationalen Projekte wurde mit Ende 2006 beendet.

Methode der Bearbeitung

Die verschiedenen Speicherkonzepte wurden unter gleichen Randbedingungen miteinander verglichen. Dies wurde auf Basis von Simulationen durchgeführt. Der Detaillierungsgrad der Speichermodellierung war hierbei vom Entwicklungsstand abhängig. Wasserspeicher und PCM -Speicher konnten sehr detailliert und über Laborversuche abgesichert modelliert werden, Sorptionsspeicher und chemische Speicher konnten nur als einfache Modelle und aufgrund theoretischer Erkenntnisse modelliert werden.

Ergebnisse

• Veröffentlichung eines Handbuches über thermische Energiespeicherung "Thermal energy storage for solar and low energy buildings"
• Definition der Randbedingungen für den Vergleich der verschiedenen Speicherkonzepte
• Umfassendes Inventar an Speichermaterialien auf Basis Phasenwechsel und verschiedenen Speichergeometrien/Anordnungen von Wärmeübertragern
• Messergebnisse von Speichern auf Basis Wasser, Phasenwechsel und Sorption
• Berechnungsmodule für die Simulation von Speichern auf Basis Phasenwechselmaterialien und Sorptionsspeicher. Validierung der Modelle durch Messungen
• Jahressimulationen von Anwendungen (Solares Kombisysteme auf Wasser und Luftbasis, Speichertakten bei herkömmlichen Heizungssystemen). Hierbei wurden die Speicher als Kurzzeitspeicher oder auch Saisonspeicher eingesetzt.
• Vergleich des Einsatzes von Speichern auf Basis Phasenwechselmaterialien und Sorption mit herkömmlichen Wasserspeichern.
• Leider ergab sich für die meisten der untersuchten Anwendungen keine signifikante Verbesserung von PCM- und Sorptionsspeichern gegenüber Wasserspeichern mit den bisher eingesetzten Materialien. Dies ist im speziellen darin begründet, dass die erhöhte Energiespeicherung auf der einen Seite durch die höheren Temperaturverluste beim Be- und Entladen mit höherer Leistung wettgemacht werden. Bei den Sorptionsspeichern kommt es stark auf die verwendete Materialpaarung an. Mit den im Task untersuchten Materialien konnte keine Verbesserung zu Wasser nachgewiesen werden. Daher wird in weiterer Folge verstärkt im Materialbereich geforscht werden müssen.
• Zwei der untersuchten Anwendungen erscheinen weiter verfolgenswert:
  • Sorptionsspeicher, welche den Wasserdampf zum Entladen aus der Abluftfeuchte des Hauses beziehen und
  • Saisonspeicher auf PCM Basis welche bewusst die Unterkühlung des PCM ausnutzen um bei Langzeitspeicherung keine Wärmeverluste zu haben.
• Außerdem sind Wärmepumpenanwendungen auf Sorptionsbasis als interessant einzustufen. Eine Entwicklung in Schweden (Climate Well) befindet sich derzeit in der Markteinführung.
• Es ist derzeit ein Nachfolgetask zu Task 32 in Vorbereitung (als Joint Task zwischen den Implementing Agreements on ECES (Energy Conservation with Energy Storage) und SHC (Solar Heating and Cooling)), in welchem unter Zuhilfenahme der in IEA SHC Task32 entwickelten Elemente (Simulationsmodule und Anwendungen) im speziellen Materialien mit besseren thermodynamischen Eigenschaften gesucht werden sollen.
• Die Ergebnisse des IEA SHC Task 32 wurden in Österreich bei den folgenden Veranstaltungen einem breiten Publikum aus Industrie, Wissenschaft, öffentlicher Hand und sonstigen Interessierten präsentiert:
  • Tagung: Innovative Speichertechnologien, Veranstalter: AEE-INTEC, Tagungsort: Wirtschaftskammer Wien, 17. März 2006. Bei dieser Tagung wurden alle bisherigen Ergebnisse vom Operating Agent, den Subtaskleadern und einigen ausgewählten Beispielen präsentiert
  • Treffen des Solarnet Styria am 7. Februar 2007
  • Austrian Solar Thermal Plattform (ASTTP) in Wien am am 3. September 2007
  • Über das Projekt Modestore wurde auf der Gleisdorf Solar 2006 berichtet

Projektleiter

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Wolfgang Streicher

Mitarbeiter:
DI(FH) Dr. techn. Andreas Heinz

Firma / Institution:
Institut für Wärmetechnik, TU Graz

Projekt- und Kooperationspartner

• DI Dagmar Jähnig, DI Dr. techn. Alexander Thür
  Firma / Institution: AEE INTEC, Gleisdorf
• Jean Christoph Hadorn
  Operating Agent Task 32, Programmleiter der Schweizer Forschungsprogramme "Solarwärme" and "Wärmespeicherung" für das Schweizer Bundesamt für Energie

Kontaktadresse

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Wolfgang Streicher
Institut für Wärmetechnik, Technische Universität Graz
Inffeldgasse 25b
A 8010 Graz
Tel.: +43 316 873-7306
Fax: +43 316 873-7305
E-Mail: w.streicher@tugraz.at