Wasser speichert Wärme
Wasser speichert Wärme
Wasser ist für viele Einsatzgebiete ein nahezu ideales Speichermedium. Es besitzt eine hohe spezifische Wärmekapaziät, eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine mit steigender Temperatur abnehmende Dichte. Wasser ist überall verfügbar, billig, leicht zu transportieren. Es ist weder giftig noch aggressiv. Weitere Vorteile sind:
- Es liegen große Erfahrungen im Umgang mit Wasser vor, die Technologie wird von vielen Handwerkern beherrscht.
- Wasser ist auch ein sehr gutes Wärmetransportmedium und erlaubt dadurch hohe Be- und Entladeleistungen (das Speichermedium wird selbst entladen).
- Wasser ist nicht nur Wärmeträger- und Wärmespeichermedium, im Falle der Brauchwassererwärmung ist es gleichzeitig das Produkt, das benötigt wird.
- Die geringe Wärmeleitfähigkeit von Wasser erschwert einen Wärmeaustausch durch Wärmeleitung zwischen heißem und kaltem Wasser.
- Die mit steigender Temperatur abnehmende Dichte (1l Wasser von 90 °C wiegt etwa 3,5 % weniger als Wasser von 20 °C) erlaubt es, Wasser unterschiedlicher Temperatur so zu schichten, dass sich heißes und kaltes Wasser nicht vermischen.
Wasserwärmespeicher zur Kurzzeitspeicherung . . .
Bei der Kurzzeitspeicherung von Wärme in Kleinanlagen und Pufferspeichern werden überwiegend Warmwasserspeicher eingesetzt. Je nach Einsatzgebiet und Anlagengröße sind verschiedene Be- und Entladetechnologien gebräuchlich
. . . mit direkter Be- und Entladung
Die konstruktiv einfachste Art der Systemintegration von Wärmespeichern ist die direkte Be- und Entladung ohne weiteren externen oder speicherinternen Wärmeübertrager. Das Speichermedium wird hierbei über eine Wärmequelle erwärmt und über eine Verbindungsleitung dem Speicher zugeführt.
Wasserwärmespeicher als Pufferspeicher mit direkter Be- und Entladung
Beim Beladen wird warmes Wasser von oben in den Speicher eingespeist und dafür die entsprechende Menge kalten Wassers aus dem unteren Speicherbereich entnommen. Das warme Wasser schichtet sich aufgrund der durch die höhere Temperatur geringeren Dichte im oberen Speicherbereich ein und bewegt sich bei weiterer Beladung als Front langsam nach unten. Der Wärmequelle (Heizkessel, Solarkollektoren, Wärmepumpe) wird das sich auf einem niedrigen Temperaturniveau befindliche Wasser aus dem unteren Speicherbereich zugeführt. Aufgrund der geringen Rücklauftemperaturen und der Dauer des Aufheizvorgangs bis zur vollständigen Beladung des Speichers ergeben sich insbesondere für angekoppelte Solaranlagen, Wärmepumpen und Heizkessel über längere Laufzeiten günstige Betriebsbedingungen. Die Entladung wird mit umgekehrter Strömungsrichtung durchgeführt.
Diese Art von Wasserwärmespeichern setzt man immer dann ein, wenn eine Trennung von Speicherwasser und Wärmeträger nicht notwendig ist. Ein typische Anwendung dieses Pufferspeichers ist die Kombination mit einer Wärmepumpe (Verminderung des Taktverhaltens, Reduzierung von Lastspitzen) oder eines Holz-Heizkessels (Speicherung der über die Verbrennung einer bestimmten Menge Brennmaterials erzeugter Wärme) in Heizanlagen.
. . . mit indirekter Beladung und direkter Entladu
Bei Verwendung unterschiedlicher Wärmeträger zur Wärmeversorgung des Speichers sowie zur Speicherung der Wärme ist konstruktiv eine Trennung auf der Beladeseite vorzusehen. Beispiele sind Wärmespeicher in thermischen Solaranlagen, in denen eine Wärmeübertragung von dem in der Kollektoranlage erwärmten Wasser/Frostschutzgemisch an das Speichermedium (z.B. Heizwasser oder Warmwasser) erfolgt.
Wasserwärmespeicher mit indirekter Wärmezufuhr über Wärmeübertrager
Warmwasserspeicher für Wohngebäude werden im kleineren Leistungsbereich in der Regel mit internen Wärmeübertragern ausgerüstet. Als Wärmeübertrager werden häufig Spiralen aus Kupfer-Rippenrohren oder aus Glattrohr verwendet. Das Warmwasser dient bei diesen Speichern als Speichermedium und kann direkt entladen werden. Nach Entnahme von erwärmtem Wasser aus dem oberen Speicherbereich und der anschließenden Nachspeisung kalten Wassers unten im Speicher stellt sich wieder eine Schichtung ein.
. . mit direkter Beladung und indirekter Entladun
Die Trennung zwischen Speicherwasser und Heizwasser lässt sich auch durch Integration eines Wärmeübertragers auf der Entnahmeseite erreichen. Die thermischen Vorgänge bei der Beladung des Speichers sind prinzipiell mit denen bei Beladung über einen Wärmeübertrager vergleichbar. Bei Zufuhr des über die Wärmequelle erwärmten Heizwassers in den oberen Speicherbereich ergibt sich eine nach unten gerichtete Konvektionsströmung. Der Wärmeübertrager auf der Entladeseite muss in den Speicherbereich mit dem höchsten Temperaturniveau, also oben im Speicher, angeordnet werden
Wasserwärmespeicher mit indirekter Entladung über internen Wärmeübertrager
Nachteil dieser Variante im Vergleich zur indirekten Be- und direkten Entladung ist, dass aufgrund der Erwärmung des zu entnehmenden Wärmeträgers im Durchflussprinzip wesentlich höhere Übertragungswärmeleistungen erforderlich sind. Quelle Text und Fotos: BINE Informationsdienst
Solarspeicher …lesen Sie weiter im nächsten Kapitel.
________________________________________________________________________
