Be- und Entladeeinrichtungen

Grundsätzlich sollte bei der Be- und Entladung der Wärmespeicher eine möglichst gute thermische Schichtung im Speicher erzeugt bzw. erhalten werden, um eine hohe Nutzbarkeit (Exergie) der eingespeicherten Energie zu gewährleisten.

BEHÄLTER- UND ERDBECKEN-WÄRMESPEICHER
Die Be- und Entladung von Behälter- und Erdbecken-Wärmespeichern mit Wasser als Speichermedium erfolgt durch den direkte Austausch des Speichermediums und kann entweder über fest installierte bzw. in der Höhe variable Ladewechseleinrichtungen (sog. „Beladetassen“) erfolgen oder mit Hilfe von Schichtbeladeeinrichtungen.

  • LADEWECHSELEINRICHTUNGEN
    Hierfür haben sich mindestens drei Ebenen (unten, Mitte, oben) bewährt. So kann der Speicher zum Einen gleichzeitig Be- und Entladen sowie die Speicherschichtung verbessert werden.
    z.B. Die Entladung des Speichers bei hohem Temperaturniveau oben im Speicher und gleichzeitig Beladung bei mittlerem Temperaturniveau in der Mitte, oder Einspeicherung bei mittlerem Temperaturniveau in der Mitte bei hohen Temperaturen oben im Speicher
     
  • SCHICHTBELADEEINRICHTUNGEN
    Es ist auf die Einhaltung der maximalen Strömungsgeschwindigkeiten aus der Schichtbeladeeinrichtung zu achten, um eine ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten.
    Bei Verwendung von Kies- oder Erdreich-Wasser-Gemischen als Speichermedium in Erdbecken-Wärmespeichern kann die Be- und Entladung entweder durch direkten Wasseraustausch erfolgen oder indirekt über Rohrschlangen, die in verschiedenen Höhen ins Speichermedium eingebaut sind. Die thermische Schichtung ist dabei in der Regel geringer ausgeprägt als bei mit reinem Wasser gefüllten Speichern.


ERDSONDEN-WÄRMESPEICHER
Die Wärmespeicherung erfolgt hier an das bzw. von dem Speichermedium indirekt über die Erdwärmesonden, die als Wärmeübertrager zwischen Wärmeträgerfluid und Erdreich fungieren. Der Wärmetransport im Speichermedium  erfolgt im Unterschied zu mit Wasser gefüllten Behältern vorwiegend durch Wärmeleitung (Konduktion) und nicht durch Konvektion. Eine thermische Schichtung wird durch eine geeignete hydraulische Verschaltung der einzelnen Erdwärmesonden erreicht. Dabei erfolgt die Beladung des Speichers vom Speicherzentrum in Richtung der Speicherberandung, die Entladung erfolgt durch eine Strömungsumkehr von außen nach innen. Durch dieses Vorgehen stellt dich im Speicherzentrum eine höhere Temperatur und am Speicherrand eine niedrigere Temperatur ein (horizontale Schichtung)


AQUIFER-WÄRMESPEICHER
Die Wärmeübertragung erfolgt durch einen direkten Austausch von Grundwasser. Dieses wird bei der Speicherbeladung einem „kalten“ Brunnen (bzw. – gruppe) entnommen, vom Wärmeerzeuger erwärmt und über einen „warmen“ Brunnen (bzw. –gruppe) wieder in den Untergrund eingeleitet. Dabei stellen sich zwei völlig voneinander getrennte Temperaturniveaus um die jeweiligen Brunnen (bzw. –gruppen) herum ein, die in erster Linie von den Be- und Entladeeinrichtungen abhängen. Bei einzelnen Brunnen stellt sich im Betrieb ausgehend vom Brunnenzentrum nach außen eine horizontale Schichtung ein, die durch thermische Verluste in die Deck- und Bodenschichten jedoch auch eine vertikale Komponente enthält.


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