Entwicklung eines Latentwärmespeichers für autarke solarbetriebene Versorgungssysteme zur Klimakälteerzeugung und Warmwasserbereitung

In solar betriebenen Wärmeversorgungssystemen sind Wärmespeicher funktionell notwendig, um die Abweichungen zwischen den Bedarfs- und den Ertragszyklen ausgleichen zu können. Die Anforderungen an Speicher in solar betriebenen Systemen sind daher hinsichtlich der Ladekapazität sowie der Lade- und Entlade-leistungen deutlich höher als in konventionellen Versorgungssystemen, und sie sind jeweils auf den Anwendungsfall genau auszurichten. Das Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Latentwärmespeichers mit höherer Ladekapazität als Wasser-speicher gleicher Größe und einer hohen Entladeleistung von ca. 30 kW/m3. Das Prinzip der Latentwärmespeicherung ist für den Antrieb von Absorptionskälte-maschinen notwendig, weil eine möglichst konstante Antriebstemperatur für den Austreiber benötigt wird, um Wärmeverhältnisse zwischen 0,4 und 0,5 zu garantieren.Die Wärmetransportgeschwindigkeit wird bei den Phasenwechseln fest  flüssig wesentlich durch den Wärmeleitkoeffizienten des Speichermediums bestimmt. Des-halb muß auf der Speichermedienseite eine Oberflächenvergrößerung konstruktiv vorgesehen werden. Aus den Betriebserfahrungen und den wärmetechnischen Ergebnissen vorhergehender Projekte wurden für den neu zu entwickelnden Speicher Netzrohre als Wärmeübertragersystem gewählt. Die Netzrohre bestehen aus einem Kupferkernrohr (d=15mm) mit aufge-lötetem Kupferdrahtnetz (D=65mm, H=75mm). Damit sind relativ große Wärmeüber-tragungsflächen realisierbar. Für die Auslegung von Wärmespeichern ist die Ladekapazität der wesentlichste Para-meter. Für die experimentellen Untersuchungen wurde ein Speicher gewählt, der in der Ladekapazität in etwa einem 200 l Wasserspeichers entspricht. Speicher dieser Größe sind für solare Warmwasseranlagen im unteren Kapazitätsbereich üblich. Damit kann der technisch-experimentelle Aufwand begrenzt werden und gleichzeitig ist ein bewertender Vergleich mit technischen Speichern möglich. Es wurde ein Versuchs-Speicher mit den Abmessungen 580 x 900 x 530 mm gebaut. Die Rechteckform wurde zunächst aus fertigungstechnischen Gründen gewählt. Der Speicher wurde parallel in einer Solarthermieanlage im TGZ Köthen betrieben und vermessen.Entscheidend für die Auslegung, den Betrieb und die Integration eines Latent-speichers in ein solares Versorgungssystem ist das Entladeverhalten. Der Projekt-bearbeiter nutzt für die Simulation solarer Versorgungssystems das Programmsystem TRNSYS 15.Zur Integration eines Latentwärmespeichers in das Gesamtsystem wurde deshalb gleichfalls die TRNSYS- Simulation mit dem Type 60 genutzt. Das physikalische Modell ist der Ersatz der Schmelzenthalpie durch das Produkt einer gewählten Temperaturdifferenz (hier delta T = 10 K; Schmelzbereich zwischen 80 °C und 90 °C) und der sich rechnerisch ergebenen Wärmekapazität (hier cP = 20 kJ/kg K). Eine Beladung über diesen Bereich hinaus bzw. Entladung darunter wird durch ent-sprechende regelungstechnische Maßnahmen in der Simulation verhindert. Die Anpassung an die Meßwerte ist ausreichend genau. Die im Projekt angestrebte Entladeleistung von 30 kW/m3 mit der ent-wickelten Speicherkonstruktion erreicht.