SorpStor-Frauenfeld – Sorptionswärmespeicher Demonstrationsanlage Frauenfeld

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502688

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In diesem Projekt wird erstmals die Funktionsweise eines Sorptionswärmespeichers für die Übertragung von Wärme vom Sommer in den Winter demonstriert. Die Stadt Frauenfeld hat ein neu erstelltes Gebäude für die Integration eines saisonalen Wärmespeichers auf Basis des Sorptionsverfahrens vorbereitet. An der HSLU wird auf diesem Gebiet geforscht und entwickelt. Ein Proof-of-Concept-System im Massstab eines Einfamilienhauses wurde gebaut und im Labor erfolgreich betrieben. In Zusammenarbeit mit der Firma Matica AG und basierend auf den Arbeiten des vom BFE finanzierten Projekts SI/501605-01 wird nun ein Felddemonstrator gebaut, installiert und betrieben. Dieses Projekt wird wertvolle Erkenntnisse über die Systemintegration von Sorptionswärmespeichern in die Gebäudeumgebung sowie Betriebserfahrungen liefern. Diese Wärmespeichertechnologie hat das Potenzial, den Winterstrombedarf von Gebäuden für die Beheizung erheblich zu reduzieren und somit als kostengünstige virtuelle elektrische Batterie zu fungieren und zum Übergang zu erneuerbaren Energien beizutragen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

In this project the functionality of a sorption heat storage system for the transfer of heat from summer to winter is demonstrated for the first time. The city of Frauenfeld has prepared a newly constructed building for the integration of a seasonal heat storage system based on the sorption process. Research and development in this field is ongoing at the HSLU, and a proofof-concept system on the scale of a single-family home has been built and successfully operated in the laboratory. In cooperation with the company Matica AG and based on the work done in the SFOE-funded project SI/501605-01, a field demonstrator will now be built, installed and operated. This project will provide valuable knowledge about the system integration of sorption heat storage in the building environment as well as operational experience. This heat storage technology has the potential to significantly reduce the winter electricity demand of buildings for heating, thus acting as a low-cost virtual electric battery and contributing to the transition to renewable energy.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Ce projet démontre pour la première fois la fonctionnalité d'un système de stockage de chaleur par sorption pour le transfert de chaleur de l'été à l'hiver. La ville de Frauenfeld a préparé un bâtiment nouvellement construit pour l'intégration d'un système de stockage de chaleur saisonnier basé sur le processus de sorption. La recherche et le développement dans ce domaine se poursuivent à la HSLU, et un système de démonstration à l'échelle d'une maison individuelle a été construit et exploité avec succès en laboratoire. En coopération avec la société Matica AG et sur la base des travaux réalisés dans le cadre du projet SI/501605-01 financé par l'OFEN, un démonstrateur de terrain va maintenant être construit, installé et exploité. Ce projet apportera des connaissances précieuses sur l'intégration du système de stockage de chaleur par sorption dans l'environnement du bâtiment, ainsi qu'une expérience opérationnelle. Cette technologie de stockage de la chaleur a le potentiel de réduire de manière significative la demande hivernale d'électricité des bâtiments pour le chauffage, agissant ainsi comme une batterie électrique virtuelle à faible coût et contribuant à la transition vers l'énergie renouvelable.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Das Energiesystem der Schweiz basiert weitgehend auf gespeicherten Energieressourcen, darunter fossile Brennstoffe, Kernkraft und Wasserkraft. Da diese zunehmend durch Wind- und Solarenergie ersetzt werden, sind neue Methoden der Energiespeicherung über verschiedene Zeitskalen hinweg unerlässlich. Diese Arbeit befasst sich mit der saisonalen Energiespeicherung durch die Kopplung des Strom- und Wärmesektors in Gebäuden. Der Schweizer Gebäudesektor ist äußerst energieintensiv und verbraucht etwa 200.000 TJ/a (22 % des gesamten nationalen Energiebedarfs) für Heizzwecke. Für die Raumheizung und die Warmwasserbereitung werden üblicherweise drei technologische Ansätze untersucht: sensible, latente und Sorptionsspeicherung (thermochemische Speicherung). Diese Arbeit konzentriert sich auf Letzteres. Das untersuchte System ist eine Sorptionswärmepumpe, bestehend aus einem Wärme- und Stoffaustauscher sowie Speichertanks, die mit dem Arbeitsmittelpaar wässrige Natriumhydroxidlösung und Wasser betrieben wird. Im Sommer wird Wärme oder Strom eingesetzt, um Wasser durch Verdampfung aus der Lösung abzutrennen; anschließend werden die Komponenten getrennt als nahezu verlustfreies chemisches Potenzial gespeichert. Im Winter werden die gespeicherten Medien wieder vereinigt, um eine Sorptionswärmepumpe zu betreiben: Wasser wird bei niedriger Temperatur verdampft und in die Natriumhydroxidlösung absorbiert, wodurch Wärme bei einer erhöhten Temperatur freigesetzt wird, die für die Gebäudeheizung geeignet ist. Dieses Demonstrationsprojekt, das die erste Installation einer in ein Gebäudeheizsystem integrierten Sorptionswärmepumpe darstellt, baut auf Forschungsarbeiten der Empa und der HSLU auf und wird vom SFOE, von Innosuisse und dem EU-Horizon-Programm finanziert. Die Installation erfolgt in einer kleinen Industrieanlage in der Stadt Frauenfeld. Das System besteht aus einem 5-kWth-Wärme- und Stoffaustauscher sowie Speichertanks, die die Arbeitsflüssigkeit enthalten und auf eine nutzbare Wärmekapazität von etwa 750 kWhth ausgelegt sind. Der erste Betrieb des Systems war aufgrund des frühen Entwicklungsstadiums der Technologie nur teilweise erfolgreich. Im Laufe des Projektzeitraums wurde der Wärme- und Stoffaustauscher im ersten Quartal 2026 durch eine verbesserte Version ersetzt. Weitere Tests und die Betriebsüberwachung werden bis zum Ende des Winters 2027 fortgesetzt.

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

Switzerland’s energy system is largely based on stored energy resources, including fossil fuels, nuclear power, and hydropower. As these are increasingly replaced by wind and solar energy, new methods of energy storage across multiple time scales become essential. This work addresses seasonal energy storage through electric and thermal sector coupling in buildings. The Swiss building sector is highly energy intensive, consuming approximately 200,000 TJ/a (22% of total national energy demand) for heating purposes. For space heating and domestic hot water, three technology pathways are commonly studied: sensible, latent, and sorption (thermochemical) storage. This work focuses on the latter. The investigated system is a sorption storage heat pump consisting of a heat and mass exchanger together with storage tanks, operating with the working pair aqueous sodium hydroxide and water. During summer, heat or electricity is used to separate water from the solution through evaporation, after which the components are stored separately as nearly lossless chemical potential. In winter, the stored media are recombined to operate a sorption heat pump: water is evaporated at low temperature and absorbed into the sodium hydroxide solution, thereby releasing heat at an elevated temperature suitable for building heating. This demonstrator project, representing the first installation of a sorption storage heat pump integrated into a building heating system, builds upon research conducted at Empa and HSLU and funded by the SFOE, Innosuisse, and the EU Horizon programme. The installation is being carried out at a small industrial facility in the city of Frauenfeld. The system consists of a 5 kWth heat and mass exchanger and storage tanks containing the working fluid, designed to provide approximately 750 kWhth of usable heat capacity. Initial operation of the system was only partially successful due to the early-stage nature of the technology. During the project period, the heat and mass exchanger was replaced with an upgraded version in the first quarter of 2026. Further testing and operational monitoring will continue until the end of winter 2027.

Zugehörige Dokumente

• Interim report 2026_english [PDF] 16'251 kB

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Le système énergétique suisse repose en grande partie sur des ressources énergétiques stockées, notamment les combustibles fossiles, l’énergie nucléaire et l’énergie hydraulique. À mesure que celles-ci sont progressivement remplacées par l’énergie éolienne et solaire, il devient indispensable de mettre au point de nouvelles méthodes de stockage de l’énergie à différentes échelles de temps. Ce travail porte sur le stockage saisonnier de l’énergie grâce au couplage des secteurs électrique et thermique dans les bâtiments. Le secteur du bâtiment en Suisse est très énergivore, consommant environ 200 000 TJ/an (soit 22 % de la demande énergétique nationale totale) pour le chauffage. Pour le chauffage des locaux et l’eau chaude sanitaire, trois voies technologiques sont couramment étudiées : le stockage sensible, le stockage latent et le stockage par sorption (thermochimique). Ce travail se concentre sur cette dernière. Le système étudié est une pompe à chaleur à stockage par sorption composée d’un échangeur de chaleur et de masse ainsi que de réservoirs de stockage, fonctionnant avec le couple de travail hydroxyde de sodium aqueux et eau. En été, de la chaleur ou de l’électricité est utilisée pour séparer l’eau de la solution par évaporation, après quoi les composants sont stockés séparément sous forme de potentiel chimique pratiquement sans perte. En hiver, les fluides stockés sont recombinés pour faire fonctionner une pompe à chaleur à sorption : l’eau est évaporée à basse température et absorbée dans la solution d’hydroxyde de sodium, libérant ainsi de la chaleur à une température élevée adaptée au chauffage des bâtiments. Ce projet de démonstration, qui constitue la première installation d’une pompe à chaleur à stockage par sorption intégrée à un système de chauffage de bâtiment, s’appuie sur des recherches menées à l’Empa et à la HSLU et financées par l’OFEN, Innosuisse et le programme Horizon de l’UE. L’installation est réalisée dans une petite usine industrielle de la ville de Frauenfeld. Le système se compose d’un échangeur de chaleur et de masse de 5 kWth et de réservoirs de stockage contenant le fluide de travail, conçus pour fournir une capacité thermique utile d’environ 750 kWhth. La mise en service initiale du système n’a été qu’un succès partiel en raison du stade précoce de développement de la technologie. Au cours de la durée du projet, l’échangeur de chaleur et de masse a été remplacé par une version améliorée au cours du premier trimestre 2026. Les essais et la surveillance opérationnelle se poursuivront jusqu’à la fin de l’hiver 2027.