© Sirch Produktion
Wärme und Kälte speichern
Vakuum-Speicher reduziert thermische Verluste
Im Projekt StoEx2 ist ein Speicher mit Vakuum-Perlit-Dämmung entstanden. Dieser kann Wärme- und Kälteverluste deutlich senken. Damit ist auch eine langfristige thermische Speicherung im Außenbereich möglich.
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. Nun ist auch das Nachfolgeprojekt StoEx2 abgeschlossen, das die Funktionsfähigkeit der Prototypen-Baureihe wissenschaftlich bestätigen konnte.
„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.
© Lackiererei Kube
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 die Energieverluste eines Vakuums-Pufferspeichers mit einem herkömmlichen Modell von 15.000 Litern über einen Zeitraum von einem Jahr, sind diese bei letzterem fast viermal so hoch.
Bereits die neu entwickelte Dämmstoffeinsaugung in den Dämmraum und der Verzicht auf eine Standzarge aus Edelstahl dürften die Kosten für einen größeren Speicher deutlich senken. Außerdem wurde die Wirtschaftlichkeit der Vakuumwärmedämmung in Abhängigkeit vom Wärmepreis und der Speichertemperatur mithilfe von Systemsimulationen ermittelt. Die Ergebnisse ermöglichen künftig eine deutlich genauere Berechnung der Wirtschaftlichkeit.
© Pilotspeicher IGTE
In den Vakuum-Speichern befinden sich 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.
© Sirch Produktion
„Hohe Marktreife“ der Speicher
Das Forschungsprojekt StoEx2 lief 2023 aus; im vergangenen Jahr erschien der Abschlussbericht mit den Projektergebnissen (PDF, extern). Die wissenschaftliche Begleitung und das Monitoring übernahm (wie schon im Vorgängerprojekt StoEx) das Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) der Universität Stuttgart als Verbundpartner. Sirch kümmerte sich um die Realisierung.
© Messemuster Sirch
Beide Projektpartner sind mit den Ergebnissen zufrieden. „Auf technischer Seite haben wir eine hohe Marktreife erreicht. Das zeigen die Messungen“, erklärt Röder. 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. Sirch sei nun in der Lage, „preiswerte und ästhetisch anspruchsvolle, technologisch überlegene und zugleich nachhaltige Alternativen zu konventionellen Speicherkonzepten“ auf den Markt zu bringen.
Der Speicher sei „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. Durch die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sei es gelungen, die Fertigungskosten für vakuumwärmegedämmte Warmwasserspeicher deutlich zu reduzieren. Auch die begleitenden Untersuchungen und Langzeiterfahrungen sprächen für diese Speichertechnologie im Vergleich zu herkömmlichen Wärmespeichern.
Die Erkenntnisse stehen zudem der ganzen Branche zur Verfügung. Die Beteiligten haben die bedeutendsten Ergebnisse des Forschungsvorhabens durch entsprechende Veröffentlichungen in Zeitungen oder bei Vorträgen schon während des laufenden Projekts zugänglich gemacht. Sie wollten damit nicht nur die Technologieführerschaft Deutschlands im Bereich der Solarthermie- und Wärmespeicherindustrie stärken, sondern auch einen wesentlichen Beitrag zum Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung und der stärkeren Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt leisten. (pj)
