Wärmespeicher bauen
Wärmespeicher
Für die Wahl des Speichermediums sind eine Vielzahl von Eigenschaften entscheidend, oft reicht eine Eigenschaft (z.B. der Temperaturbereich, in dem es verwendet werden kann) aus, um ein Material auszuscheiden. Nachfolgend werden Kriterien für den Bau von Wärmespeichern vorgestellt.
Formsache
Bei Speichern für sensible Wärme spielen die Wärmeverluste eine große Rolle. Sie hängen von der Oberfläche des Speichers ab, während die gespeicherte Wärmemenge proportional zum Volumen ist. Über die Verringerung der Oberfläche können die Wärmeverluste des Speichers reduziert werden. Unter diesem Aspekt wäre eine Kugel die ideale Speicherform.
Kriterien für die Auswahl von Wärmespeichermateralien
Andererseits möchte man in einem Wärmespeicher kaltes und heißes Speichermaterial getrennt halten. Dafür sollte die Kontaktfläche möglichst gering sein, über die ein Temperaturausgleich durch Wärmeleitung stattfindet. Dies führt zu langen schlanken Speichern. Schließlich muss ein Speicher oft mit Überdruck arbeiten, aus statischen Gründen sind hier zylindrische Behälter viel günstiger als z. B. Quader. Als Optimum aus diesen drei Anforderungen ergibt sich oft ein zylindrischer Speicher
Wärmespeicher optimiert Temperaturschichtung (Quelle: Consolar)
Speichermaterialien
Verfügbarkeit und Preis, Umweltverträglichkeit aber auch spezielle Systemanforderungen bestimmen die Wahl des Speichermediums. So ist z. B. die erforderlichen Be- und Entladeleistung oft entscheidend für die Konstruktion des Speichers und die Wahl des Speichermaterials. Große Wärmespeicher können für die Langzeit-Wärmespeicherung von wenigen Abnehmern eingesetzt werden. Hier reichen vergleichsweise geringe Be- und Entladeleistungen. Bei extremer Kurzzeitspeicherung sind diese jedoch von entscheidender Bedeutung. So werden z. B. Speicher in Fernwärmenetzen oft innerhalb von zwei bis drei Stunden be- oder entladen.
Mit Flüssigkeiten als Wärmeträger sind in der Regel hohe Entladeleistungen möglich. Wasserspeicher erreichen Entladeleistungen von bis zum 100 kW/m⊃3;. Bei Feststoffspeichern können hohe Entnahmeleistungen nur erreicht werden, wenn die Wege für die Wärmeleitung möglichst kurz gehalten werden. Ein Anwendungsbeispiel ist der Einsatz großer Feststoffspeicher zur Kurzzeit-Wärmespeicherung bei der Stahlerzeugung. Hier wird die zur Stahlerzeugung notwendige Verbrennungsluft über die Abwärmenutzung aus den heißen Abgaben vorgewärmt. Die Arbeitstemperatur liegt hierbei etwas zwischen 800 und 1.000 °C. Der Feststoffspeicher wird zur regenerativen Wärmeübertragung genutzt und abwechselnd vom wärmeabgebendem Abgas aufgeheizt und von der wärmeaufnehmenden Verbrennungsluft wieder abgekühlt.
Für die Langzeit-Wärmespeicherung werden auch so genannte Erdsondenspeicher eingesetzt, wobei das Erdreich als Speichermedium dient, dem die Wärme über senkrechte Rohrleitungen zugeführt wird. Im Erdreich bereitet sich die Wärme nur durch Wärmeleitung aus, die möglichen Be- und Entladeleistungen sind um einen Faktor 1.000 – 10.000 geringer als bei Wasserspeichern, bei denen das Speichermedium selbst entnommen wird.
Die Konstruktion des Speichers muss in jedem einzelnen Anwendungsfall auf das Betriebsverhalten der anderen Systemkomponenten abgestimmt werden. Quelle Text und Fotos: BINE Informationsdienst
Wasser speichert Wärme … lesen Sie weiter im nächsten Kapitel
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