DE102008023325A1 - Solar plant, particularly solar combination plant for heating drinking water and room heating, comprises model of storage system, which has rectangular shape and is provided in cubical shape during minimum storage - Google Patents
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Abstract
Description
Soll von Solarkollektoren gewonnene Wärme zur Trinkwassererwärmung, Heizung oder Heizungsunterstützung genutzt werden, muss diese in der Regel zwischengespeichert werden, da eine zeitliche Differenz zwischen Bedarf und Verfügbarkeit besteht. Um dieses Problem zu lösen, werden Speicher mit einem Volumen von einigen Hundert Litern bis maximal 2500 Litern eingesetzt. Das Speichermedium ist Wasser, da Wasser über eine hohe Wärmekapazität verfügt und direkt genutzt werden kann.Should Heat recovered from solar collectors for drinking water heating, Heating or heating support used, it usually needs to be cached, there is a time difference between demand and availability consists. To solve this problem, Stores with a volume of several hundred liters are up maximum 2500 liters used. The storage medium is water since Water over has a high heat capacity and directly can be used.
Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung haben in der Regel kleine Speicher (bis 500 l), arbeiten vom Frühjahr bis in den Herbst aber effektiv und können so problemlos zwei Drittel des Bedarfs decken. Allerdings können sie mehrtägige Schlechtwetterperioden nicht überbrücken und brauchen deshalb und für die Winterzeit ein Nachheizungssystem.solar systems for drinking water heating usually have small storage (up to 500 l), working from spring to but effective in the fall and can easily two-thirds cover the need. However, you can she several days Bad weather periods do not bridge and therefore need and for the winter time a after-heating system.
Kombianlagen haben meist größere Speicher (im privaten Bereich üblicherweise bis 1000 l, im Bereich von Mehrfamilienhäusern ist auch der Einsatz von mehreren Speichern dieser Größenordnung üblich), die es ermöglichen, solar gewonnene Wärme über mehrere Tage zu speichern und sie arbeiten effektiv zur Heizungsunterstützung in den Übergangszeiten. Die in den Sommermonaten gewinnbare Wärme kann aber nur zu einem geringen Teil gespeichert werden.combisystems usually have larger memory (in the private sector usually up to 1000 l, in the area of multi-family houses is also the use common to several memories of this size), which make it possible solar heat gained over several Days to save and they work effectively for heating support in the transitional periods. The recoverable in the summer months heat can only one small part.
Dies gilt sowohl für Anlagen zur reinen Brauchwassererwärmung als auch für Kombianlagen. Der Grund ist die bei Wasserspeichern übliche Begrenzung der Speichertemperatur auf 90°C bis 95°C. Wird diese erreicht, wird die Zufuhr von Wärme von den Kollektoren unterbrochen und eine weitere Speicherung ist nicht möglich. Diese Unterbrechung bei der Wärmeabfuhr führt dazu, dass die Kollektoren hohen thermischen Belastungen ausgesetzt werden. Die Stagnationstemperaturen können bei Flachkollektoren zwischen 180 bis 210°C und bei Röhrenkollektoren bis 300°C liegen und führen zu einer schnelleren Alterung der Kollektoren und des Wärmeträgermediums. Weiterhin muss immer eine automatische Entleerung aller Anlagenteile, die diesen Temperaturen ausgesetzt werden, realisiert werden. Teilweise werden hohe Speichertemperaturen auch dadurch vermieden, dass die Speicher während der Nacht über die Kollektoren abgekühlt werden. Die Begrenzung der Speichertemperatur führt also dazu, dass die Fähigkeit von Röhrenkollektoren, Wärme über 100°C mit einem relativ guten Wirkungsgrad zu erzeugen, nicht genutzt wird.This applies to both Plants for pure domestic water heating as well as for combined plants. The reason is the usual limitation of the storage tank temperature for water storage tanks at 90 ° C up to 95 ° C. If this is achieved, the supply of heat from the collectors is interrupted and further storage is not possible. This interruption in heat dissipation leads to, that the collectors are exposed to high thermal loads. The stagnation temperatures can with flat collectors between 180 to 210 ° C and with tube collectors up to 300 ° C and lead to a faster aging of the collectors and the heat transfer medium. Furthermore, always an automatic emptying of all system parts, which are exposed to these temperatures can be realized. Partially High storage temperatures are also avoided by the Memory during the night over cooled the collectors become. The limitation of the storage temperature thus leads to the ability of tube collectors, Heat over 100 ° C with a to generate relatively good efficiency is not used.
Dass bei beiden Anlagentypen keine Speicher verwendet werden, die alle von den Kollektoren gewinnbare Wärme aufnehmen und damit die Menge der Nutzwärme erhöhen können, liegt zum einen an den hohen Kosten dieser Speicher. Diese werden unter anderem dadurch verursacht, dass aus den Speichern direkt Trinkwasser entnommen wird und damit hohe hygienische Anforderungen erfüllt sein müssen. Ein weiterer Hinderungsgrund sind Limitierungen bei der Größe, die sich zu mindestens bei Gebäuden aus dem Bestand aus den baulichen Gegebenheiten, durch Treppen, Tür- und Fensteröffnungen, ergeben. Diese lassen in der Regel für kleine Speichervolumen zu. Ein Zusammenbau vor Ort aus mehreren Teilen, um größere Volumen zu erreichen ist nicht üblich. Dass aus Platzgründen keine größeren Speicher eingesetzt werden, kann ausgeschlossen werden, da einige Kubikmeter Raum eigentlich in jedem Keller zur Verfügung stehen sollten.That no memory is used on both types of equipment, all heat recoverable from the collectors absorb and thus increase the amount of useful heat, is due to the high Cost of this store. These are caused, among other things, by that drinking water is taken directly from the storage tanks and thus high hygienic requirements must be met. Another obstacle are limitations in size, the at least for buildings from the existing structure, through stairs, Door and door Window openings, result. These usually allow for small storage volumes. An on-site assembly of multiple parts to accommodate larger volumes reach is not common. That for reasons of space no bigger memory can be used, as few cubic meters Space should actually be available in every basement.
Da Wasser eine Flüssigkeit ist, gestaltet sich die Schichtung der Wärme innerhalb eines Wasserspeichers schwierig und ist häufig mit hohen Temperaturverlusten bei der Wärmeübertragung verbunden. Um diese Problematik zu lösen gibt es unterschiedlichste Formen und Gestaltungen der Wärmeübertrager am Markt. Von einigen Sonderformen abgesehen, führt die Verwendung von Wasser immer dazu, dass die höchsten Temperaturen im Bereich der Speicheroberfläche zu finden sind (in Abhängigkeit vom Beladezustand). Zwar sind Speicher in der Regel gut isoliert, trotzdem führt dies dazu, dass die generell nicht vermeidbaren Wärmeverluste steigen.There Water a liquid is the stratification of heat within a water reservoir difficult and is common associated with high temperature losses during heat transfer. Around Solve problems There are many different forms and designs of heat exchangers on the market. Apart from some special forms, the use of water leads always to the highest temperatures in the area of the storage surface can be found (depending on from the loading condition). While memory is usually well isolated, still leads this in that the generally unavoidable heat losses climb.
Ein generelles Problem von Wasserspeichern zur Brauchwasserversorgung ist, dass diese zur gesundheitsgefährdenden Verkeimung (Legionellenbildung) neigen. Um eine übermäßig starke Vermehrung von Legionellen zu vermeiden, ist es daher sinnvoll, das Warmwasser möglichst täglich einmal auf mindestens 60 Grad zu erhitzen. Ab einer bestimmten Speichergröße ist dies Vorschrift.One general problem of water storage tanks for domestic water supply is that these are harmful to germs (Legionella formation) tend. To an overly strong Therefore, it is useful to avoid multiplication of Legionella the hot water as possible Every day once heated to at least 60 degrees. From a certain memory size this is Provision.
Um die Probleme der hohen Kosten, das den Gesamtwirkungsgrad des Systems negativ beeinflussende geringe Speichervolumen, die schwierige Stratifikation der Wärme, die damit verbundenen Probleme bei den Wärmeverlusten und der Legionellenbildung deutlich zu reduzieren, ist der Einsatz von am Betriebsort zusammenzufügenden isolierten quaderförmigen Sandspeicher-Systemen sinnvoll.Around the problems of high cost, the overall efficiency of the system negatively affecting low storage volumes, the difficult stratification the heat, the associated problems with heat loss and legionella formation To reduce significantly is the use of isolated to be assembled at the site cuboid Sand storage systems makes sense.
Ein
Sandspeicher-System besteht aus einem oder mehreren Sandspeichern,
je nach Anforderung. Unter einem Sandspeicher ist eine quaderförmige Konstruktion
zu verstehen, deren Wandmaterial aus stabilem Isoliermaterial besteht
und dessen Inhalt (Speichermedium) Sand ist. Die Zu- und Abfuhr
von Wärme
erfolgt über
ein oder mehrere Rohrbündel
aus Kupfer. Diese haben die Form einer Schraubenlinie (Helix). Der schematische
Aufbau eines Speichers kann
Beschreibung der Komponenten eines Sandspeichersystems:description the components of a sand storage system:
1. Wände1. walls
Die
Wände des
Systems sollen aus druck- und temperaturbelastbaren, wasserabweisenden
Isolierstoffen (zum Beispiel Polyurethan-Hartschaum) bestehen und
eine komplette geschlossene Außenhülle bilden.
Diese Hartschäume
werden heutzutage standardmäßig in großer Anzahl
hergestellt und können
quasi in jede beliebige Form geschnitten werden, was ermöglicht,
dass im Prinzip jede denkbare Form und Größe eines Quaders (gegebenenfalls
auch eines Würfels)
realisiert werden kann. Die Wärmleitfähigkeit
dieser Hartschäume
ist sehr gering, was die Wärmeverluste
minimiert. Die Verluste hängen
aber natürlich
von der gewählten Wandstärke ab.
Diese muss mindestens so gewählt
werden, dass die Druckbelastung durch das Speichermaterial problemlos
aufgenommen werden kann. Beim Zusammenbau vor Ort werden die Wände entweder
zusammengeklebt oder, was eine spätere problemlose Umsetzung
ermöglicht,
durch Umreifungsbänder
von Ladungssicherungssystemen für
schwere Güter
in Position gehalten. Bei der Temperaturbeständigkeit muss darauf geachtet
werden, dass das zum Einsatz kommende Material auch Temperaturen über 100°C über längere Zeit
verkraften kann. Diese Anforderung sollte aber kein Problem darstellen,
da diese Hartschäume üblicherweise
für Dauerbelastungen
von 120°C
und Kurzzeitbelastungen bis 250°C
ausgelegt sind. Um eine mögliche Restfeuchtigkeit
des als Speichermaterial zum Einsatz kommenden Sandes zu entfernen,
muss im unteren Bereich auf Höhe
der Bodenplatte eine Bohrung angebracht werden, aus der sich ansammelndes
Wasser abfließen
kann (
2. Speichermaterial2. Storage material
Als Speichermaterial soll Sand verwendet werden. Dieser hat im Vergleich zu Wasser eine geringere volumetrische Wärmekapazität, was einen Nachteil darstellt. Der Vorteil von Sand ist aber, dass es praktisch keine Begrenzung bei der Speichertemperatur gibt und da es sich um einen Feststoff handelt, die Schichtung der Wärme ohne große Temperaturverluste möglich ist. Unterschiedliche Sandsorten sind kostengünstig im Baustoffhandel erhältlich. Da Sand ein feines Schüttgut ist, ist ein Transport an jeden denkbaren Ort eines Gebäudes ohne großen Aufwand möglich, entsprechende Boden/-Deckenbelastungsfähigkeit natürlich vorausgesetzt. Bei der Wahl des Materials sollten auf jeden Fall eine maximale Wärmekapazität und eine minimale Wärmeleitfähigkeit das Auswahlkriterium sein. Eine geringe Wärmeleitfähigkeit stellt sicher, dass die zugeführte Wärme möglichst lange im Bereich der Rohrbündel verbleibt und nutzbar ist.When Storage material should be used sand. This one has in comparison to water a lower volumetric heat capacity, which is a disadvantage. The advantage of sand, however, is that there is virtually no limit at the storage temperature and there it is a solid acts, the stratification of heat without big ones Temperature losses possible is. Different types of sand are available inexpensively in the building materials trade. Because sand is a fine bulk material is a transport to every conceivable place of a building without huge Effort possible, of course, assuming appropriate floor / ceiling load capability. In the Choice of material should definitely have a maximum heat capacity and a minimal thermal conductivity be the selection criterion. A low thermal conductivity ensures that the supplied Heat as possible long in the area of the tube bundles remains and is usable.
3. Wärmeübertrager3. Heat exchanger
Die
Zu- und Abfuhr der Wärme
soll über
helixförmige
Rohrbündel
erfolgen. Diese Rohrbündel
sollen aus ein oder mehreren Kupferleitungen bestehen. Industriell
gefertigte Kupferleitungen gibt es mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern
und Rohrdicken (siehe Tabelle 1). Industrielle Lieferlängen auf
Rollen sind 25 und 50 m. Der Biegeradius liegt minimal zwischen
sechs- bis achtmal dem Rohrradius. Um Speichersysteme für unterschiedliche
Funktionen verwenden zu können,
ist es notwendig, Rohrbündel
aus mehreren parallel verlaufenden Rohren zu verwenden. Denkbare
Gestaltungen der Rohrbündel
sind
- – die Zufuhr von solarer Wärme, denkbar sind natürlich auch andere Quellen wie wassergekühlte Kamine und Öfen, Nah- und Fernwärme
- – die Zufuhr von Wärme aus dem Heizungssystem als Ersatzsystem (Nachheizung)
- – die Entnahme von Wärme für die Brauchwassererwärmung
- – die Entnahme von Warme für die Vorwärmung von Brauchwasser
- – die Entnahme von Wärme für Heizzwecke
- – die Entnahme von Wärme für die Vorwärmung von Heizwasser
- - The supply of solar heat, conceivable, of course, other sources such as water-cooled fireplaces and stoves, local and district heating
- - The supply of heat from the heating system as a replacement system (reheating)
- - The removal of heat for domestic water heating
- - The removal of heat for the preheating of process water
- - The removal of heat for heating purposes
- - The removal of heat for the preheating of heating water
Es ist auch möglich, ein oder mehrere Rohre eines Rohrbündels mit derselben Funktion zu versehen. So ist es zum Beispiel bei einem Viererbündel denkbar, jeweils 2 Rohre für die Zufuhr und 2 Rohre für die Entnahme von Wärme zu verwenden.It is also possible to provide one or more tubes of a tube bundle with the same function. So it is conceivable, for example, in a four-bundle, each 2 tubes for the supply and 2 tubes for the Ent use of heat.
Je
nach Aufgabenstellung des Speichersystems können auch mehr als ein Rohrbündel zum
Einsatz kommen. Bei Speichern, die eine Grundfläche von ungefähr einem
Quadratmeter haben, sind zwei Rohrbündel wie in
Da zum Beispiel die Oberfläche eines 50 m Ringes, Durchmesser 22 mm, mehr als drei Quadratmeter beträgt, ist eine Wärmeübertragung ohne großen Temperaturverlust sichergestellt (siehe Tabelle 1).There for example the surface a 50 m ring, diameter is 22 mm, more than three square meters, is a heat transfer without big ones Temperature loss ensured (see Table 1).
4. Kombinationsmöglichkeiten/Aufbau4. Combination options / structure
Da
der tägliche
solare Wärmegewinn
im Laufe eines Jahres stark variiert, ist es bei größeren Systemen
sinnvoll, diese in kleinere Speicher aufzuteilen. Der Vorteil dieser
Vorgehensweise ist, dass für
die gerade verfügbare
Wärmemenge
ein entsprechendes isoliertes Speichervolumen vorhanden ist. In
Ist
der zur Verfügung
stehende Raum für
das Speichersystem begrenzt oder wird das System so betrieben, dass
alle drei Speicher häufig
gleichzeitig im Einsatz sind, kann ein Aufbau wie in
Ein System aus kleineren Sandspeichern zusammenzustellen, ist eine Vorgehensweise, die es ermöglicht, unkompliziert Veränderungen/Erweiterungen vorzunehmen.One Assembling systems from smaller sand stores is a course of action which makes it possible uncomplicated changes / extensions make.
5. Systembeschreibung5. System description
Aus den oben beschriebenen Sandspeichern, die die unterschiedlichsten Volumen und Arten von Röhrbündeln zur Wärmeübertragung haben können, ist es möglich, maßgeschneiderte Systeme für die unterschiedlichsten Anforderungen zusammenzustellen. Im Folgenden sollen zwei sinnvolle Systeme kurz erläutert werden.Out The above-described sand stores, the most diverse Volume and types of tube bundles for heat transfer can have, Is it possible, customized Systems for to put together the most diverse requirements. Hereinafter Two useful systems should be briefly explained.
In
In
ZusammenfassungSummary
Die obige Beschreibung zeigt, dass der Einsatz von Sandspeicher-Systemen auf vielfältige Art und Weise geschehen kann. Diese Systeme sind an alle denkbaren baulichen und wärmetechnischen Gegebenheiten anpassbar und lassen sich unkompliziert erweitern oder ändern. Ihr Einbau dürfte unter normalen Bedingungen immer problemlos möglich sein. Da alle Komponenten aus Massenproduktionen stammen, kann von vergleichsweise geringen Kosten ausgegangen werden.The above description shows that the use of sand storage systems on diverse Way can happen. These systems are available to all conceivable structural and thermal engineering Conditions customizable and can be easily expanded or change. Your installation is likely Under normal conditions always be easily possible. Because all components come from mass production, can be comparatively small Costs are assumed.
Durch die direkte Nähe der Wärmetauscher für die Zufuhr und für die Entnahme ist sichergestellt, dass, wenn solare Wärme (oder Wärme von anderen Quellen) vorhanden ist, diese ohne großen Temperaturverlust zur Nutzung bereitgestellt werden kann, da wegen der sehr guten Wärmeleitfähigkeit der Kupferrohre diese und ihr Inhalt als erstes erwärmt werden. Durch das relative große Volumen der Rohrbündel ist auch immer eine bestimmte Menge aufgewärmtes Wasser vorhanden (siehe Tabelle 1) und direkt verfügbar.By the direct proximity the heat exchanger for the Feeder and for The removal ensures that when solar heat (or Heat from other sources), these without much loss of temperature for use can be provided because of the very good thermal conductivity the copper pipes these and their contents are the first to be heated. Due to the relatively large Volume of the tube bundles There is always a certain amount of warmed up water (see Table 1) and directly available.
Da nur ein relativ kleines Reservoir von Frischwasser zur späteren Nutzung im Speicher vorhanden ist und dieses auch noch permanent durch die hohen Temperaturen der Wärmezufuhr erhitzt wird, reduziert sich die Gefahr der Verkeimung drastisch gegenüber Standardsystemen.There only a relatively small reservoir of fresh water for later use is present in the memory and this also permanently by the high temperatures of heat input is heated, reduces the risk of contamination drastically across from Standard systems.
Da sich die Wärme mit der höchsten Temperatur immer im Inneren des Speichers und nicht in der Nähe der Speicheroberfläche (Innenseite vor der Isolierung) befindet, werden die Wärmeverluste begrenzt. Da die Speicherwände immer rechteckig oder quadratisch sind, ist es auch denkbar, Vakuumisolationspaneele als Teil der Isolierung zu verwenden. Diese haben bei sehr geringem Platzbedarf eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit, was die Wärmeverluste minimiert. Allerdings stellen sie eine Sonderlösung da, die mit deutlich höheren Kosten verbunden ist.There the heat with the highest Temperature always inside the memory and not near the memory surface (inside before isolation), the heat losses are limited. Because the storage walls are always rectangular or square, it is also conceivable, vacuum insulation panels to use as part of the insulation. These have very little Space requirements an extremely low thermal conductivity, what the heat losses minimized. However, they provide a special solution, with significantly higher costs connected is.
Wenn
hochwertige Röhrenkollektoren
als Wärmequelle
dienen, kann deren volles Potenzial, nämlich Wärme auch im Temperaturbereich über 100°C mit einem
guten Wirkungsgrad zu liefern, genutzt werden. Eine Abschaltung
der Kollektoren ist bei richtiger Auslegung des Sandspeicher-Systems
nicht mehr notwendig. Wird die Fähigkeit
von Röhrenkollektoren
genutzt, kann das aufs Volumen bezogene Speichervermögen das von
Wasserspeichern erreichen oder sogar übertreffen.
Tabelle 1 Die Maße von handelsüblichen Kupferrohren für den Trinkwasser- und Heizungsbautable 1 The dimensions of commercial Copper pipes for the drinking water and heating construction
Claims (9)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007061009.4 | 2007-12-17 | ||
DE102007061009 | 2007-12-17 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008023325A1 true DE102008023325A1 (en) | 2009-06-18 |
Family
ID=40680162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102008023325A Withdrawn DE102008023325A1 (en) | 2007-12-17 | 2008-04-19 | Solar plant, particularly solar combination plant for heating drinking water and room heating, comprises model of storage system, which has rectangular shape and is provided in cubical shape during minimum storage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102008023325A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102818468A (en) * | 2011-06-12 | 2012-12-12 | 北京兆阳能源技术有限公司 | Solid heat storage device |
DE102011107315A1 (en) * | 2011-07-14 | 2013-01-17 | Heinz Barth | Device for storing energy i.e. electrical energy, from e.g. energy production device, has energy storage element comprising mixture of solid element and fluid element comprising thermal oil or liquid salt for energy storage and recovery |
GB2493388A (en) * | 2011-08-05 | 2013-02-06 | Jorg Arfst Kroll | Solid material thermal storage system and solar collector |
-
2008
- 2008-04-19 DE DE102008023325A patent/DE102008023325A1/en not_active Withdrawn
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