Wärme und Kälte speichern
Vakuum-Speicher reduziert thermische Verluste
Wer Wasser warmhalten will, greift gerne auf eine Thermoskanne zurück. Nach einem ähnlichen Prinzip funktionieren Stahlspeicher, wie sie Besitzer von Solarthermieanlagen einsetzen; das Problem: Diese sind teuer und nehmen wertvollen Innenraum weg. Wer seinen Speicher neben das Haus baut, kann das warme Wasser nur für einige Tage nutzen.
Für das Forschungsprojekt StoEx (Storing Exergy) hat der Speicherbauer Sirch deshalb einen thermischen Speicher mit hocheffizienter Dämmung zur Außenaufstellung entwickelt. Derzeit läuft das Nachfolgeprojekt StoEx2, das die Prototypen-Baureihe zur Marktreife bringen und ihre Funktionsfähigkeit wissenschaftlich bestätigen soll.
„Wir konnten unsere ‚vacutherm‘-Speicher unter realen Bedingungen testen“, berichtet Georg Röder, Betriebsleiter bei Sirch. Einen Speicher nutzte etwa das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen für das Forschungsprojekt SEEDs, das die Einsparpotenziale von Kältesystemen im industriellen Umfeld untersucht. Denn die entwickelten Vakuum-Speicher können nicht nur Wärme, sondern auch Kälte aufnehmen und abgeben.
Vakuum und Perlit
Die Speicher verfügen dabei über einige Besonderheiten, die sie für den Außeneinsatz geeignet machen. Die Vakuum-Wärmedämmung enthält nicht nur luftleeren Raum zwischen zwei Stahlhüllen, der sich ohnehin schon besonders gut für Dämmungen eignet, sondern auch Perlit. Diese Mineralien verfügen ebenfalls über gute Speichereigenschaften, da sie Strahlung absorbieren. Damit kann der Speicher das Temperaturniveau auch im Außeneinsatz über einige Wochen halten.
Bei einer Messung am Pilotspeicher in Neumarkt in der Oberpfalz zeigte sich ein Temperaturverlust von 9 Kelvin über 31 Tage (bei 4 °C Außentemperatur und 64 °C im Medium.) Vergleicht man über ein Jahr die Energieverluste eines Vakuums-Pufferspeichers mit einem herkömmlichen Modell von 15.000 Litern, sind diese bei letzterem somit fast viermal höher.
Außerdem testete Sirch eine transparente Wärmedämmung. Dabei handelt es sich um eine um den Speichermantel gebogene Glasscheibe, die aus mehreren Segmenten besteht. Sie hilft dabei, den Temperaturgradienten zu reduzieren, vereinfacht gesagt: den Temperaturverlust weiter zu begrenzen. Allerdings werde diese künftig nicht mehr eingesetzt, zu hoch sei der wirtschaftliche Aufwand.
In den Vakuum-Speichern befinden sich zudem sogenannte Lamellenlader und eine Schichtungsglocke. Beides ist wichtig, um die Schichtung des Wassers beizubehalten. Denn in thermischen Speichern befinden sich unterschiedlich warme Wasserschichten. Die Schichtungsglocke im oberen Teil des Speichers sorgt dafür, dass die Strömungsgeschwindigkeiten sehr gering bleiben und vermeidet damit Verwirbelungen der Schichten. Und auch der Lamellenlader sorgt zwischen den Schichten dafür, dass das Wasser mit geringen Geschwindigkeiten durch den Speicher fließt. So lassen sich Exergieverluste vermeiden und es kommt auch immer Wasser in der Temperatur aus dem Auslass, die benötigt wird.
Ergebnisse im kommenden Jahr
Das Forschungsprojekt StoEx2 läuft noch bis Ende März 2023; im kommenden Jahr sollen auch die Projektergebnisse erscheinen. Die wissenschaftliche Begleitung und das Monitoring übernimmt (wie schon im Vorgängerprojekt StoEx) das Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) der Universität Stuttgart als Verbundpartner. Sirch kümmert sich um die Realisierung.
Aber schon jetzt ist Röder optimistisch. „Auf technischer Seite haben wir eine hohe Marktreife erreicht. Das zeigen die Messungen.“ Wie groß die vermiedenen Wärmeverluste sind, hänge auch von Volumen und Geometrie ab, aber grundsätzlich seien die „vacutherm“-Speicher für nahezu jede bekannte Anwendung geeignet. Neben solarthermischen Systemen und Kältesystemen sind auch Vakuumspeicher an Biogasanlagen im Einsatz.
Bei den Kosten sieht er noch Optimierungsbedarf, die insbesondere durch eine Reduzierung der Fertigungszeit möglich sei. Einsparungen konnte Sirch im Laufe des Projektes bereits durch neue Materialien und Herstellungstechniken realisieren. In welchem Verhältnis Kosten und Einsparungen stehen, hänge aber ebenfalls vom konkreten Einsatz des Speichers ab.
„Er ist hervorragend gedämmt, und auch Witterungseinflüsse beeinträchtigen das nicht“, erklärt Röder. „Die Bauweise ermöglicht einen Zugang in das Speicherinnere, sodass die Speicher unkompliziert zu reparieren und anzupassen sind.“ Damit ist eine langfristige Nutzung sowohl im Innen- als auch im Außenbereich möglich. (pj)
