DE4116375C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
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- Thermal Sciences (AREA)
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- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen zu einer Wärmespeicherbatterie großer
Volumenkapazität erweiterbaren Langzeit-Wasser-Wärmespeicher mit Speichermoduln aus Kunststoff.
Wasser-Wärmespeicher für die Brauchwasserbereitung in der bisher bekannten
Form sind als Einzelspeicher konzipiert und nur so groß, daß sie
durch Normtüren von 80 cm Breite transportiert werden können und nicht ohne
weiteres zu Langzeit-Wärmespeicher-Batterien gekoppelt werden können und
auch nicht dafür vorgesehen sind. Sollen dennoch für einen größeren
Brauchwasserbedarf mehrere der bekannten Speicher verbunden werden,
müssen immer Rohrleitungen mit Umwälzpumpen installiert werden, die keine
Temperaturschichtung zulassen, oder jeder der Einzelspeicher muß die
erforderlichen Wärmetauscher besitzen, die nur in Parallelschaltung betrieben
werden können, was einen unwirtschaftlich hohen Kosteneinsatz zur Folge hat.
Zur effektiveren Nutzung von konventionellen Heizanlagen, im besonderen aber
von erneuerbaren Energien und Abwärme aus Industrie und Gewerbe, sind
große Speichervolumen mit einer ungestörten Temperaturschichtung im gesamten
Speicher unbedingt erforderlich. Denn je größer z. B. der Temperaturunterschied
zwischen dem unteren Bereich eines Wärmespeichers und einem Solarkollektor
ist, um so größer ist der Wirkungsgrad der Gesamtanlage, und je größer das
Speichervolumen, um so größer der Jahresnutzungsgrad.
Bisher sind großvolumige Wasser-Wärmespeicher bekannt, die aus Stahlblech
gefertigt werden. Diese können aber nur in Einzelteilen in Gebäude
transportiert und auf der Baustelle zusammengeschweißt werden und sind zu
dem mit Korrosion behaftet.
Weiter sind Speicher mit Flanschverbindungen bekannt, wie sie in der
Patentschrift DE 33 01 254 C2 beschrieben sind. Wie aus der Beschreibung
zu entnehmen ist, sollen diese jedoch aus metallischen Werkstoffen gefertigt
werden und nur der Brauchwasserbereitung dienen, was auch aus der
Bezeichnung "Boiler" zu entnehmen ist. Nur bei erhöhtem Warmwasserbedarf
sollen weitere Speichereinheiten nach oben aufgeschraubt werden.
Speicherkapazitäten von 50.000 l und mehr sind dabei nicht vorgesehen und
auch nicht machbar.
Weiter sind Speicher aus Kunststoff nach der Patentschrift CH 6 51 920 A5
bekannt, bei denen es sich jedoch um nur jeweils ein Speicherteil handelt,
das aus Stabilitätsgründen an den beiden Längsseiten eingedrückt ist und so
einzelne Kammern entstehen läßt, die untereinander verbunden sind. Soll
daraus eine Batterie entstehen, müssen Speicher der gleichen Art, mit allen
erforderlichen Wärmetauschern in der gleichen Weise bestückt werden.
Eine homogene Verbindung des Speicherwassers in den einzelnen Behältern
besteht nicht.
Um die Ausnutzung fossiler Brennstoffe zu Heizzwecken, die Nutzung
erneuerbarer Energien, im besonderen der Solarenergie, Wind- und
Wasserkraft, sowie den Nutzungsgrad von Block-Heiz-Kraftwerken und die
Nutzung industrieller und gewerblicher Abwärme erheblich zu verstärken, und
damit eine Energieeinsparung und Emissionsminderung zu bewirken, ist dies,
wie Meßergebnisse aus der Vergangenheit belegen, nur durch den Einsatz
großvolumiger Langzeit-Wasser-Wärmespeicher möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch in bestehenden Gebäuden eine einfache
Erweiterung der Speicherkapazität zu ermöglichen, wobei die Moduln so
bemessen sind, daß sie durch Normtüren von 80 cm Breite zu transportieren
sind, auf einfachste Weise zu großen Batterien zu koppeln sind, und
sich eine ungestörte Temperaturschichtung während der Be- und
Entladevorgänge einstellen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs
gelöst. Dabei ist die Möglichkeit gegeben, in jedem Gebäude schon mit einem
ersten Speichermodul, alle nur denkbaren Energiequellen einzeln oder
gleichzeitig zu nutzen, und alle nur denkbaren Heizsysteme einzeln oder
gleichzeitig zu versorgen. Schon das erste Modul wird zu einer "Schnittstelle"
in Versorgungssystemen mit "offener Architektur", das auch im Neubau
kostengünstig erstellt werden kann. Für die preiswerte
Grundausstattung eines solchen offenen Systems ist nur das erste Modul mit
jeweils einem Wärmetauscher für Heizung und Warmwasser erforderlich.
Heizkessel können, wenn sie auf gleicher Höhe stehen, ohne Wärmetauscher
direkt angeschlossen werden. Eine Kapazitätserweiterung ist problemlos möglich
durch einfachen Anschluß weiterer leerer Speichermoduln, die noch erheblich
kostengünstiger sind als das erste Modul mit seinen Wärmetauschern.
Sehr großen Einfluß auf die Rußschichtbildung und die Schadstoffemission
hat die jährliche Brennerstartzahl bei Heizkesseln, die auf Grund der
Überdimensionierung in 80% aller Gebäude und auf Grund ihres sehr geringen
Wasserinhaltes bis zu 30.000 beträgt. Schon bei einem Speichervolumen von
2.000 l wird sie auf 500 und weniger reduziert. Dadurch werden die
Kamin-, Betriebs- und Bereitschaftsverluste, die bekanntlich je nach Anlagenart
zwischen 20% und 60% liegen, derart minimiert, daß sich eine
Primärenergieersparnis von 30% - 70% und damit auch eine
Emissionsminderung bei CO₂ von 30% bis 70% ergibt. Eine
Überdimensionierung von Heizkesseln im Speicherbetrieb hat praktisch keinen
Einfluß mehr auf den Jahresnutzungsgrad einer Anlage. Sie führt lediglich
dazu, daß die Betriebszeit etwas verkürzt wird. Im Betrieb arbeiten Brenner
und Kessel mit ihrem höchstmöglichen Wirkungsgrad, so daß der
Feuerungswirkungsgrad annähernd auch Anlagenwirkungsgrad ist.
Die Rußschichtbildung in Heizkesseln, die besonders aus der hohen Startzahl
resultiert, beträgt nur noch ca. 5% der sonst üblichen, was wiederum zu
einem verminderten Primärenergieeinsatz führt. Durch die geringe Startzahl
ergibt sich eine lange Brennerlaufzeit, die zu einer besseren Kaminerwärmung führt,
aber nur ca. einmal pro Tag erfolgt. Kaminversottung entfällt damit.
Feuerräume für Öl- und Gasbrenner, die zur Zeit fast alle für den
Niedertemperaturbetrieb mit all seinen Nachteilen konzipiert sind, können im
Speicherbetrieb wieder der altbewährten Hochtemperaturtechnologie angepaßt
werden. Dadurch ergibt sich eine weitere Emissionsminderung, die bei CKW
mit 50% und bei CO mit 30% bewertet werden kann. Hinzu kommt, daß
Heizkessel in Hochtemperaturtechnologie erheblich einfacher und damit
kostengünstiger hergestellt werden können.
Abwärme aus Industrie und Gewerbe, die sehr oft im Niedertemperaturbereich
ansteht und deshalb meist nicht genutzt wird, kann auf einfachste Weise
eingespeichert werden. Dazu wird in eine kopfseitige Flanschöffnung ein
Wärmetauscher eingebracht, an den die Wärmequelle angeschlossen wird.
Solarenergie, wie sie zur Zeit genutzt wird, dient in ca. 99% aller Fälle nur
der Brauchwasserbereitung, weil zu Heizzwecken bei konventionellen
Heizsystemen Anbindungs- und Speichermöglichkeiten fehlen. Der
Jahresnutzungsgrad wird für den m2 mit ca. 200 kWh angegeben. Wird sie
jedoch einem Speichervolumen von 6.000 l zugeführt und auch zu
Heizzwecken benutzt, steigt der Jahresnutzungsgrad auf ca. 800 kWh/m2 und
ist mit weiterer Speicherkapazitätserhöhung noch höher anzusetzen.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speichermoduls ist in der
Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Vorderansicht mit Flanschöffnungen (1) für Wärmetauscher;
Fig. 2 Seitenansicht mit Flanschöffnungen (2) zur Verbindung mit
weiteren Speichermoduln;
Fig. 3 Draufsicht.
Die Länge jedes der Speichermoduln beträgt ca. 1.600 mm, die Breite maximal
800 mm, die Höhe maximal 1.950 mm. Sie sind so konzipiert, daß sie leicht
durch Normtüren von 80 cm Breite und 200 cm Höhe transportierbar sind und
nebeneinandergestellt große Batterien bilden können. Die mechanische
Verbindung und Abdichtung der seitlich angeordneten oberen und unteren
Flanschöffnungen 2, die der Erweiterung dienen, erfolgt in einfacher Weise
mit übergezogenen Spannringen. Die Flanschöffnungen 2 mit großer lichter
Weite gewährleisten auch in einer Batterie aus vielen gekoppelten
Speichermoduln, daß sich eine ungestörte Temperaturschichtung allein durch
den Gewichtsunterschied des oben wärmeren Wassers und des unteren
kälteren Wassers einstellt. Das gesamte Speicherwasser als Wärmeträgermedium
bildet jedoch eine homogene Masse, die nicht durch Wände getrennt ist.
Wird in einer Batterie aus vielen Speichermoduln nur das erste Modul durch
einen unten eingebrachten Wärmetauscher oder einen direkten Anschluß einer
Energiequelle aufgeheizt, steigt das erwärmte Wasser durch natürliche
Konvektion nach oben, während der untere Bereich vorerst kalt bleibt. Das
erwärmte Wasser verteilt sich durch die oberen seitlichen Flanschverbindungen
ohne mechanische Hilfe über die gesamte Speicherbatterie, das noch kalte
Wasser in umgekehrter Richtung über die unteren Flanschverbindungen. Dieser
Effekt setzt sich so lange fort, bis die gesamte Speicherbatterie geladen ist
und eine unten wie oben gleichmäßige Temperaturverteilung aufweist. Wird nun
durch einen oberen Wärmetauscher Wärme entnommen, setzt der gleiche Effekt
in umgekehrter Reihenfolge ein.
Claims (1)
- Zu einer Wärmespeicherbatterie großer Volumenkapazität erweiterbarer Langzeit- Wasser-Wärmespeicher mit Speichermoduln aus Kunststoff, wobei mindestens eines der Speichermoduln an seiner Kopfseite mehrere verschließbare Flanschöffnungen (1) aufweist, durch die an verschiedene Energiekreisläufe anschließbare Wärmetauscher einführbar sind, das für eine Kapazitätserweiterung mit weiteren nebeneinander angeordneten und parallel geschalteten Speichermoduln verbindbar ist, wobei an den Längsseiten aller Speichermoduln jeweils oben und unten zwei gegenüberliegende Flanschöffnungen (2) großer lichter Weite angeordnet sind, mit denen die Speichermodulen mittels über die Flansche gezogener Spannringe nacheinander verbindbar sind, so daß die Be- und Entladung auch in einer Batterie aus einer Vielzahl einzelner Speichermoduln mit gleichmäßiger Temperaturschichtung über die gesamte Batterie durch natürliche Konvektion erfolgt.
Priority Applications (1)
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DE4116375A DE4116375A1 (de) | 1991-05-18 | 1991-05-18 | Langzeit-wasser-waermespeicher |
Publications (2)
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Family Applications (1)
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Cited By (2)
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DE19528138A1 (de) * | 1995-08-01 | 1996-01-11 | Peter Prof Dipl Ing Obert | Speicher für Niedertemperatur-Wärme |
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Families Citing this family (2)
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DE3301254A1 (de) * | 1983-01-15 | 1984-07-19 | Friedrich 7180 Crailsheim Müller | Speichereinheit fuer zu erwaermende oder abzukuehlende fluessige medien, insbesondere heisswasserspeicher |
-
1991
- 1991-05-18 DE DE4116375A patent/DE4116375A1/de active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19528138A1 (de) * | 1995-08-01 | 1996-01-11 | Peter Prof Dipl Ing Obert | Speicher für Niedertemperatur-Wärme |
DE102007034511A1 (de) | 2007-07-24 | 2009-01-29 | Hydro-Energy | Behälter zum Speichern eines wärmespeichernden Mediums |
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Also Published As
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