NaOH-Speicher für saisonale Wärmespeicherung

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 101803

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0088;F-Koordination

Kurzbeschreibung (Deutsch)

NaOH-Speicher für saisonale Wärmespeicherung

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Im Projekt „NaOH Speicher für saisonale Speicherung“ soll ein Wärmespeicher entwickelt werden, welcher eine hohe Speicherdichte aufweist und dessen Speicherverluste nur beim Laden bzw. Entladen des Speichers auftreten. Dieses Ziel soll erreicht werden, indem anstelle eines Systems mit sensibler Wärmespeicherung ein Sorptionsprozess verwendet wird. Die Funktionsweise ist ähnlich der einer Sorptionswärmepumpe mit Natronlauge und Wasser als Arbeitsmedium, allerdings werden die entstehenden Zwischenprodukte gespeichert. Diese Speicher ermöglichen in Wohngebäuden, die nach dem Minergie bzw. Minergie-P Standard gebaut werden, eine 100% solare Wärme- und Brauchwarmwasserversorgung. Vor Projektbeginn wurden theoretische Arbeiten durchgeführt, bei denen die Betriebsbedingungen ermittelt und mit welchen die spezifische Wärmedichte des Speichers abgeschätzt wurde. Bei einer Entnahmetemperatur von 70°C kann mit einer 3-fach höheren Speicherdichte als bei einem Wasserspeicher gerechnet werden und bei einer Entnahmetemperatur von 40°C mit einer 6-fach höheren Speicherdichte. Bei diesen Abschätzungen wur-de auch eine Sicherheit mit einkalkuliert, um unbekannte Effekte zu berücksichtigen. Ein Laborprototyp wurde aufgebaut. Seit dem Herbst dieses Jahres wurden erste Versuche mit dem Prototypen durchgeführt. Diese zeigen einerseits, dass gewisse Randbedingungen während der Auslegephase zu pessimistisch angenommen wurden. Die Auftrennung von Lauge und Wasser beim Ladezyklus ergab eindeutig bessere Resultate, als die Berechnung mit den einkalkulierten Sicherheiten erwarten liess. Auf der anderen Seite wurde die korrosive Wirkung der Natronlauge auf Elastomere unterschätzt. Beim Prototypen eingesetzte Schläuche wurden zersetzt. Diese Schläuche wurden eingesetzt, damit allfällige Anpassungen im Aufbau einfach und schnell durchgeführt werden können. Zurzeit wird der Prototyp umgebaut. Damit können die Probleme mit den Schläuchen weitgehend beseitigt werden. Um Wärmeverluste während dem Laden und Entladen zu verringern, werden zusätzliche Isolationen ein-gebaut.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EMPA

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Weber,Robert

Zugehörige Dokumente

• NaOH-Speicher für saisonale Wärmespeicherung - Jahresbericht 2006 [PDF] 121 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Die saisonale Speicherung spielt eine zentrale Rolle in der Nutzung der Solarwärme. In den vergangenen Jahren wurden zahlreiche Entwicklungen diesbezüglich unternommen, meist auf Basis der sensiblen Wärmespeicherung. Viele dieser Entwicklungen konnten Erfolge vorweisen, doch alle leiden unter kontinuierlichen Wärmeverlusten verbunden mit einem hohen Volumen. Die meisten Entwicklungen sind nicht in der Lage den gesamten Bedarf an Brauchwarmwasser und Raumwärme zu decken. In den vergangenen Jahren wurden weitere Möglichkeiten in Betracht gezogen und im Rahmen vom IEA SHC Task 32 [1] wurden neue Ansätze überprüft. Um das Potenzial der Solarwärme zur Reduktion der Verwendung fossiler Brennstoffe umzusetzen, braucht es kompakte verlustlose Speicher. Im Rahmen vom Projekt "NaOH Sorptionsspeicher für saisonale Wärmespeicherung" wurde ein solcher Speicherprototyp entwickelt, gebaut und getestet. Anstelle der herkömmlichen sensiblen Wärmespeicherung basiert dieses Konzept auf dem Prinzip der Absorptionswärmepumpe. Mit dieser Technologie lässt sich theoretisch eine 3 bis 6 fache höhere Energiedichte im Vergleich zur sensiblen Warmwasserspeicherung erreicht, und es entstehen keine Verluste während der Speicherung. Die Systementwicklung unterlief in zwei Schritten, wobei anfangs eine einfache Wärmepumpenstufe realisiert wurde, die in einem zweiten Schritt mit einer zweiten Stufe erweitert wurde um die Ausgangstemperatur zu erhöhen. Unterstützend zur technischen Entwicklung wurden Computersimulationen erstellt.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EMPA, Abt. Gebäudetechnologien

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Fumey,Benjamin
Weber,Robert

Schlussbericht (Englisch)

An essential part in the utilization of solar thermal power is seasonal storage. In the last years numerous developments have been made to achieve this. Most activities focused on storing sensible heat in a diversity of materials and shapes. All taking in account the high heat loss and large volume requirements associated. For this reason, most systems are not able to cover all the space heating and domestic hot water requirements in the cold seasons. In the past years new possibilities have been analyzed, and in the scope of the International Energy Agency (IEA) Solar Heating and Cooling Program (SHC) Tasks 32 [1] and 42 new approaches have been studied. Utilizing the solar thermal power potential as a forefront player in reducing consumption of finite fossil fuels requires compact seasonal storage systems with no thermal loss during storage. In the scope of this project, a NaOH sorption storage for seasonal solar thermal storage has been developed, built and tested. Rather than sensible thermal storage, this novel concept is based on the principle of the absorption heat pump operation. In this manner a theoretical energy density increase of 3 to 6 times compared to that of the sensible thermal water storage is achieved and the system is not susceptible to thermal loss during storage time. This system was built in two steps, initially with one heat pump stage and then extended to a two stage system to increase the output temperature. Computer simulations accompanied this development in order to improve the design process.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EMPA, Abt. Gebäudetechnologien

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Fumey,Benjamin
Weber,Robert

Zugehörige Dokumente

• NaOH-Speicher für saisonale Wärmespeicherung - Schlussbericht [PDF] 3'360 kB