Gesamte solarwirksame Absorberfläche in einem Kollektor/-feld.Feuchtigkeit, die während der Bauphase in die Konstruktion gelangt (z.B. Regen, Tau, etc.)spezifisches Be- und Entladesystem, das den Durchmesser der Rohrleitungen zur Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit an den Punkten der Be- und Entladung im Speicher stark vergrößert (> eine flache "Tasse" bildet).Wasser-/Wasser-Glykol-Menge, die durch ein System fließt und im Kreis zurkuliert;
[m3/h, l/s]
Wasserundurchlässiger Beton

DIN 1045-1
Drahtgeflecht im Brunnen eines Aquifers, das den Eintritt von Feinanteilen aus dem Grundwasserleiter wirksam und dauerhaft unterbindet.Abk.: Wasserhaushaltsgesetz;
enthält Bestimmungen über den Schutz und die Nutzung von Oberflächengewässern und des Grundwassers, Vorschriften über den Ausbau von Gewässern, die wasserwirtschaftliche Planung und Hochwasserschutz;
mikrobiologische Untersuchungen des WassersVergleichsgröße für Speichervolumen:
Volumen eines Materials, das genauso viel Wärme speichern kann wie 1m³ Wasser;
Schnittstelle zwischen Nahwärmenetz und hausseitigen Installationen;
direkte bzw. indirekte Wärmeübergabe (mit Hilfe eines Wärmeübertragers) möglich;
Medium, das Wärme in einem Systemkreislauf transportiert;
(häufig Wasser)
Materialeigenschaft, die angibt, wieviel Wärme ein Material speichern kann;
[J/(kg*K)]

DIN 4108
Materialeigenschaft, die angibt, wieviel Wärme ein Material speichern kann;
[J/(kg*K)]

DIN 4108
Quantitative Bezeichnung für Wärme;
[kWh]
Materialkonstante, die angibt, wie gut bzw. schlecht ein Material Wärme leitet;
[W/(m*K)]
Als Wärme nutzbare Leistungsanteile, die bei Energieumwandlungsprozessen entstehen;Als Wärme nutzbarer Leistungsanteil, der bei Energieumwandlungsprozessen entsteht;Materialeigenschaft, die angibt, wieviel Wärme ein Material speichern kann;
[J/(kg*K)]

DIN 4108
U-Wert;
Dieser Dämmkennwert bezeichnet den Wärmedurchgang durch einen Baustoff oder eine Konstruktion;
[W/m2*K]
Volumen eines Materials, das genauso viel Wärme speichern kann wie 1m³ Wasser;Gesamtsystem, das zur dauerhaften Funktion der Dämmung eines saisonalen Wärmespeichers notwendig ist (u.a. PE-Folien, Dämmmaterial, Kiesschüttungen, etc.)Teil des Wärmekreislaufs, der das erwärmte Wasser führt;Wasser- bzw. Wasser-Glykol-Menge, die durch das System fließt;
[m3/h, l/s]
Abk.: Vergabe- und Vertragsordnung für BauleistungenVerbindung von Rohrleitungen, Aggregaten, Ventilen etc. zu einem flüssigkeitsdurchströmten SystemSchalung, die nicht ausgebaut wird und im Bauteil verbleibt, also verloren ist;Abk.: Verein deutscher IngenieureWärmedurchgangskoeffizient;
Dieser Dämmkennwert bezeichnet den Wärmedurchgang durch einen Baustoff oder eine Konstruktion;
[W/m2*K]
[engl.] Underground Thermal Energy Storage;
[deu.] Untergrund-Wärmespeicher;
Speicher, der Wärme in den Untergrund einspeichert;
d.h. Aquifer-Wärmespeicher, Erdsonden-Wärmespeicher
[engl.] TRaNsient SYstem Simulation Program
[deu.] etwa: instationäre Systemsimulation
erwärmtes Leitungswasser in Trinkwasserqualität;Reaktionsgeschwindigkeit eines Wärmespeichers;
(Bsp.: Behälter-Wärmespeicher lassen sich schneller be- und entladen als Erdsonden-Wärmespeicher, da der Wärmetransport im Wasser schneller vonstatten geht als im Erdreich)
[engl.] Thermal Energy Storage;
[deu.] Wärmeenergie-Speicher;
spezifisches Be- und Entladesystem, das den Durchmesser der Rohrleitungen zur Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit an den Punkten der Be- und Entladung im Speicher stark vergrößert (> eine flache "Tasse" bildet).Abk.: Solar unterstütztes NahwärmesystemTrinkwarmwassersysteme;
Erwärmung des Wassers in einem Trinkwasserspeicher;
Gegensatz: Durchlauferhitzungssysteme;
Trinkwarmwassersystem;
Erwärmung des Wassers in einem Trinkwasserspeicher;
Gegensatz: Durchlauferhitzungssysteme;
Einzelne Rohre einer U-förmigen Erdwärmesonde;Sonnenreiche Monate mit hoher Solarstrahlung;
(in Europa: Mai bis September)
Leitungsnetz von der Solarkomponente (z.B. Kollektor) zur Heizzentrale;Durch Sonnenenergie erzeugte Wärme;
[Wh, kWh, Wh/a, kWh/a]

DIN 4108-6
Kosten der im betrachteten System genutzten, solar gewonnenen Wärme;[engl.] Solar Heating & Cooling Programme of the IEA;
[deu.] Programm der IEA für solares Heizen und Kühlen;
erfolgt durch erschütterungsfreies Eingraben einer hohlen Endlosbohrschnecke in den Boden;Bauteil eines Wasser-Wärmespeichers;
Ermöglicht Beladung auf verschiedenen Ebenen, ohne die Temperaturschichten miteinander zu vermischen.
Als "Schenkel" werden die einzelnen Rohrleitungen einer Erdwärmesonde bezeichnet. Hierbei wird vom tiefsten Punkt bis zum oberen Ende der Rohrleitung gemessen.Dämmstoff aus Altglas bzw. natürlichen Rohstoffen (Sand, Dolomit, Kalk);
Bei der Verbrennung mit Kohlenstoff "schäumt" das gemahlene Altglas und bildet Wärme isolierende Bläschen;
(formstabil, wasserbeständig, hochdruckfest)
Teil des Wärmekreislaufs, der das kältere Wasser führt;in Schlaufen gelegte Kunststoffrohre, die z.B. in Saisonalspeichern zur indirekten Wärmeübertragung eingebaut werden;[engl.] Renewable Heating & Cooling - European Technology Platform;
[deu.] Europäische Technologie-Platform für erneuerbare Wärme und Kälteproduktion;
Die Wärme liefernde Seite im Kreislauf eines Wärmeübertragers.Wärme liefernder Kreislauf auf einer Seite des Wärmeüberträgers.Unlösbare Verbindungsstücke von Rohrleitungen, die formschlüssig verpresst werden;Unlösbares Verbindungsstück von Rohrleitungen, das formschlüssig verpresst wird;KunststoffSyn.: eben, flach, plattAbk.: Play it more efficient, Sam;
Ein CONCERTO-Projekt: Gemeinden auf dem Weg zu thermischer und elektrischer Effizienz von Gebäuden und Bezirken, basierend auf MICROGRIDS
Vernetztes Polyethylen
(hieraus gefertigte Rohre können im Dauerbetrieb mit bis zu 6 bar Druck und einer Fluidtemperatur von bis zu 90°C betrieben werden)
Abk.: Polyethylen - rised temperature;
Unvernetztes Polyethylen mit erhöhter Temperaturbeständigkeit
[engl.] Phase Change Material
[deu.] Phasenwechselmaterialien, die zur Wärmespeicherung genutzt werden
Partialdruck ist der Druck, der in einem Gasgemisch einem bestimmten Gas zugeordnet werden kann;
Finden sich innerhalb eines Systems unterschiedliche Partialdrücke (Druckgefälle zwischen den Gasen), sind diese stets um einen Ausgleich bestrebt.
Bauweise in Ortbeton (= Beton, der vor Ort in die Schalung gegossen wird und abbindet).Beton, der vor Ort in die Schalung gegossen wird und abbindet.[engl.] Organic Rankine Cylce;
Ein Dampfturbinen-Kreisprozess, der mit organischen Flüssigkeiten arbeitet, die eine niedrige Verdampfungstemperatur besitzen.
[engl.] Organisation for Economic Co-operation and Development
[deu.] Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung
Tatsächlich genutzte Wärme;
(im Fall Solarthermie die Wärmemenge, die konventionelle Energie ersetzt)
Tatsächlich genutzte Energie;
(im Fall Solarthermie die Energie, die konventionelle Energie ersetzt)
Heizung mit niedrigen Vor- und Rücklauftemperaturen,
z.B. 50/30°C; (konventionelle Heizung: z.B. 70/50°C)
Temperatur des Teils eines Nah- oder Fernwärmenetzes, der das kältere Wasser führtAusrichtung der Solarkollektoren gegenüber der Horizontalen - abhängig vom Breitengrad und dem Anlagentyp;
(in Deutschland meist 30°-45°)
Netze zum Transport lokal erzeugter Wärme;Netz zum Transport lokal erzeugter Wärme;Siedlung, in der der Großteil der Gebäude an ein Nahwärmenetz angeschlossen ist.Leichtbaukonstruktion zur Aufnahme von Dämmstoffen aus Folien, die wasserdampfdurchlässig, aber wasserdicht sind;
(falls die Dämmung durchnässen sollte, kann sie dadurch austrocknen, ohne abermals feucht zu werden)
Abk.: LeistungsphaseAbk.: Kraft-Wärme-Kopplung;
kombinierte Erzeugung von Strom (= Kraft) und Wärme;
(z. B. in Blockheizkraftwerken)
kombinierte Erzeugung von Strom (= Kraft) und Wärme;
(z. B. in Blockheizkraftwerken)
Beständig gegen Zersetzung (bei Metallen meist durch Rost)Umnutzung oder Nutzungsänderung von ehemals militärischen Anlagen zu Wohn- und sonstigen NutzungenEnergie aus fossilen Brennstoffen
(z.B. Gas, Öl, Kohle, …)
Form der Wärmeübertragung, die durch Strömung (= Stofffluss) geschieht.Vorgang beim Verfüllen von Erdsonden:
Verpress-Suspension wird unten ins Bohrloch eingepresst, sodass es durchgängig von unten nach oben verfüllt und gleichzeitig darin befindliches Wasser verdrängt wird.
[Syn.] WärmeleitungRohr-in-Rohr-System mit konzentrischem AufbauAbk.: KunststoffmantelverbundrohrAbk.: Kumulierter Energieaufwand;
Umfasst alle Aufwendungen, die für ein Produkt bei der Herstellung, Gebrauch, Nutzung und Entsorgung anfallen (Lebenszyklusanalyse).
Untersuchungen zur Art des Untergrundes und dem dort vorhandenen Wasser;[Syn.] Gewässerchemie; ist ein Teil der Hydrogeologie und beschreibt im Wasser auftretende Stoffe und deren ReaktionsvermögenElement in Wasserleitungssystemen zur hydraulischen Entkopplung zweier Kreise, um Druck- und Volumenstromschwankungen auszugleichen.Honorarordnung für Architekten und IngenieureAbk.: Hochleistungsbetonsicher gegenüber Havariefällen (= großen Schadensfällen)Fundament eines Bauwerks zur Aufnahme der Lasten.Gt15, Heizgradtagzahl;
(Maß für den Wärmeenergiebedarf eines Gebäudes während der Heizperiode - ortsabhängige Kenngröße, die das lokale Wetter widerspiegelt)
[K*d]

VDI 2067
Abk.: Geländeoberkantezweiwertiger Alkohol;
(wird dem Wasser im Kollektorkreislauf als Frostschutzmittel beigemischt)
insgesamt auf der Erdoberfläche eintreffende Sonnenstrahlung (direkt und diffus);
als Ortskonstante abhängig von Wetter, Bewölkung, Höhe ü.n.N. und Distanz zum Äquator;
(in Deutschland jährlich meist 900 - 1.100 kWh/m²*a)
Glasfaser verstärkte Kunststoffe;
Leichtes und strapazierfähiges Konstruktionsmaterial aus mit Kunstharzen verklebten Glasfasern
Finite-Elemente-Methode;
Berechnungsprogramm, das komplexe Geometrien in viele kleinere Teile (finite Elemente) auflöst
Summe aller Wärmebedarfe;
meist Trinkwarmwasser und Raumheizung
Forschungs- und EntwicklungsprogrammTeil der Gesamtenergie, der in Arbeit umgewandelt werden kann, sobald das System ins Gleichgewicht gebracht wird. Exergie hat also eine hohe Nutzbarkeit.Wärmeübertrager, die horizontal oder schräg in den oberen 5 Metern des Untergrundes eingebaut werden und dem Untergrund Wärmeenergie entziehen bzw. zuführen

VDI 4640-1
Erstbeladungsphase des saisonalen Wärmespeichers inkl. Initialaufwärmung des umgebenden ErdreichsZustand des Wärmespeichers nach Erstbeladungsphase und Initialaufwärmung des umgebenden Erdreichs.DLR e.V. (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.)[engl.] Compound parabolic concentrator; (bestehend aus einem Vakuum-Röhrenkollektor und einem äußeren Parabolreflektor, der die Solarstrahlung auf den Röhrenkollektor bündelt); VDI 6002-1[engl.] Coefficient of Performance; [deu.] Leistungszahl für Wärmepumpen; [(zugeführte elektrische Leistung) / (nutzbare Wärmeleistung)]Initiative der Europäischen Union zu intelligenten energetischen Lösungen für Städte und Gemeinden;[deu.] Spule; engl. Fachbegriff für BandstahlrolleWärmeertrag; (z.B. eines Kollektorkreises ohne Abzug der Leitungsverluste)zu dünnen Platten ausgewalztes Blech, das zum Transport auf sogenannte "Coils" aufgewickelt wird; coil: [deu.] Spule; engl. Fachbegriff für Bandstahlrolle;Hochdämmender Dämmstoff aus Recyclingglas; geschreddertes Altglas wird im Ofen aufgebläht.; (chemisch beständig, druckbeständig, schüttfähig, pneumatisch förderfähig)Trägerbohlwand; Sichert die Baugrube während der Bauphase ab und verhindert das Nachrutschen von Erdreich.Gesteinsmischung aus verschiedenen Tonmaterialien mit erhöhter Wasseraufnhame- und Quellfähigkeitdie Fläche eines Solarkollektors, durch die die Solarstrahlung eintreten kann (Glasanteil); weniger als die Kollektorfläche (Rahmengröße)nötige Wärmemenge, um einen Speicher in der Inbetriebnahme-Phase von der Befülltemperatur auf die minimale Betriebstemperatur (ca. 40°) aufzuheizenBauteil mit beschichteter Oberfläche (meist in einem Kollektor) das solare Strahlung aufnimmt, in Wärme umwandelt und diese an einen Wärmeträger weiterleitet[Syn.] niedergebracht; bezeichnet die Herstellung von senkrechten HohlräumenStandard-Leitungsnetz mit einem Vor- und einem Rücklauf pro KomponenteVDI-Richtlinie zur solaren Trinkwassererwärmung.VDI-Richtlinie zur thermischen Nutzung des UntergrundesAnteil der genutzten Energie, der durch solare Energie gedeckt wird;Ich bin ein BlindtextLorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit. Aenean commodo ligula eget dolor. Aenean massa. Cum sociis natoque penatibus et magnis dis parturient montes, nascetur ridiculus mus. Donec quam felis, ultricies nec, pellentesque eu, pretium quis, sem.

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GRUNDLAGEN

Historie

Ursprung

Die Speicherung von Solarwärme vom Sommer in den Winter ist ein Forschungsfeld seit fast 40 Jahren. Hervorgerufen durch die Ölkrise 1973 wurden von den meisten europäischen Regierungen umfassende Energieeinsparprogramme beschlossen und die intensive Suche nach alternativen Energiequellen gestartet. Schnell wurde erkannt, dass große thermische Speicher eine wichtige Rolle in zukünftigen Energieversorgungskonzepten spielen werden.
Die nationalen Forschungsaktivitäten führten 1978/79 zunächst in Schweden zur Realisierung von Projekten mit saisonaler Wärmespeicherung. In Deutschland endeten erste Forschungsprojekte in unwirtschaftlichen Baukonzepten, die daher nicht umgesetzt wurden. Die Forschungsaktivitäten wurden anschließend verstärkt, um Weiterentwicklungen der Speicherbaukonzepte mit dem Ziel einer Effizienzsteigerung und Kostensenkung herbeizuführen.

Beginn

Ein großer Schritt vorwärts war 1979 die Einführung der Task VII mit dem Programmschwerpunkt “Solar Heating and Cooling”. Das Realisierungspotential und die Ökonomie von Central Solar Heating Plants with Seasonal Storage (CSHPSS), den “Solar unterstützten Nahwärmeversorgungssystemen mit Langzeit-Wärmespeichern”, wurde Länder übergreifend untersucht. Dies führte von 1980 bis 1985 zu einigen noch heute existierenden Anlagen. Das damalige Bundesministerium für Forschung und Technologie (heute: Bundeministerium für Bildung und Forschung; BMBF) beauftragte 1982 das Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) an der Universität Stuttgart mit der Durchführung eines Projektes, in dessen Rahmen der erste saisonale Wärmespeicher in Deutschland, ein Kies-Wasser-Wärmespeicher am ITW der Universität Stuttgart errichtet wurde. Der Wärmespeicher wurde bis vor ein paar Jahren in Verbindung mit einer Solaranlage für die Beheizung und Kühlung eines Bürotraktes der Universität Stuttgart eingesetzt.

Entwicklung

Speichergenerationen
Speichergenerationen

Die Speichertechnologien zur saisonalen Wärmespeicherung wurden auf Basis des Versuchsspeichers am ITW der Universität Stuttgart erstmals 1996 mit den Speichern in Hamburg und in Friedrichshafen realisiert. Die Entwicklung der Speichertechnologien lässt sich in vier Generationen einteilen:

Vorprojekte

ITW-Speicher
Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (1985)

1.Generation

Die erste Generation zeigt primär, dass die saisonale Wärmespeicherung von Solarwärme zu moderaten Kosten realisierbar ist und funktioniert.

Friedrichshafen(1996)
Friedrichshafen(1996)

2.Generation

Mit der zweiten Generation wurden technische Alternativen wie z.B. der HLB-Speicher in Hannover realisiert.

Hannover (2000)
Hannover (2000)

3.Generation

Die nicht immer überzeugenden Ergebnisse dieser Alternativen wurden durch das Forschungsvorhaben zur Weiterentwicklung der Erdbecken-Wärmespeichertechnologie am ITW aufgearbeitet und die Grundlagen des gekoppelten Wärme- und Stofftransportes durch die Speicherwand- und Dachsysteme wurden geklärt. Auf dieser Basis wurden für die Speicher der dritten Generation die kombinierte Technologie- und Materialentwicklung konsequent verfolgt, um gleichzeitig die Effizienz und die Sicherheit der jeweiligen Speichertechnologie zu erhöhen und dabei zusätzlich die Baukosten zu senken.

Crailsheim (2007)

4.Generation

Bis dahin realisierte solare Nahwärmeanlagen mit saisonalem Wärmespeicher nutzten den Speicher allein zur Speicherung von Solarwärme. Dabei wurde aus Sicht der Betreiber das Bauteil Speicher nur mit, im Vergleich zu sonstiger Wärme relativ teurer Solarwärme beladen. Das Speichervolumen kann jedoch, abhängig von der Systemintegration des Speichers, weitaus flexibler für weitere Anwendungen (z.B. zur Speicherung von Abwärme aus BHKW ’s) genutzt werden. Diese neuen Speicher zur wirtschaftlichen Gesamtsystemoptimierung von Sonne, Wärme und Strom nennt man Multifunktions-Wärmespeicher.

Hamburg (2010; Quelle: Vincent Boulanger)
Hamburg (2010; Quelle: Vincent Boulanger)

Ausblick

Neben nationalen Verbänden wie dem BDH, dem BDI, der AGFW etc. haben Expertengruppen wie die der DSTTP, der RHC-TP und auch der IEA/OECD die zentrale Bedeutung der Wärmespeichertechnologien für die zukunftsfähige Entwicklung der Energieversorgung betont. Die folgende Tabelle zeigt hierbei die Bewertung der unterschiedlichen Wärmespeichertechnologien durch die IEA/ OECD-Expertengruppe „Thermal Energy Storage“ und damit die zentrale Bedeutung der sensiblen Wärmespeichertechnologien, selbst bei einem Betrachtungszeitraum bis 2050.

Wärmespeicher-
typ
Kapazität
[kWh/t]
Effizienz
[%]
Speicher-
dauer
Wärmekosten
[€/MWh]
Heißwasser-
speicher
20 - 8050 - 90Tag -
Jahr
8 - 10
Kaltwasser-
speicher
10 - 2070 - 90Stunde -
Woche
8 - 10
Aquifer-
Wärmespeicher
5 -1050 - 90Monate5 - 60
Erdsonden-
Wärmespeicher
5 -3050 -90Monate10 - 140
Phasenwechsel-
Materialien
50 - 15075 - 90Stunde -
Woche
1.000 - 5.000
Eis-
Speicher
10080 - 90Stunde -
Woche
500 - 1.500
Thermo-
chemischer
Wärmespeicher
120 - 15075 - 100Stunde -
Tag
800 - 1.400

Quelle: IEA / OECD Expertengruppe “Thermal Energy Storage” (2006) mit Ergänzungen durch Solites (2012)

Weitere Informationen

Realisierte Projekte