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Prof. Dr.-Ing. Alexander Floß
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Optimierte Integration von Pufferspeichern in hydraulische Systeme
Institut für Gebäude- und Energiesysteme
Hochschule Biberach, Germany
Prof. Dr.-Ing. Alexander FloßDipl.-Ing. (FH) Christian Dietrich
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Gebäudeklimatik
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Aufgabe von Pufferspeichern
• Wärme aufnehmen
• Wärme verlustarm speichern
• Wärme auf dem notwendigen Temperaturniveau abgeben
• gegebenenfalls hydraulische Entkoppelung (Erzeuger/Verbraucher)
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Einsatzgebiete von PufferspeichernUngleichgewicht Wärmeangebot /
Wärmenachfrage• Solare Pufferspeicher
• Brauchwasserspeicher (Reduzierung Spitzenleistung)
• Heizungswasserspeicher
– Reduzierung der Takthäufigkeit des Wärmeerzeugers
– Vermeidung von Teillastbetrieb bei geringem Wirkungsgrad
• Kältespeicher
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Speicherkapazität von Pufferspeichern
Ideale Speicherkapazität:
Q = 1000 kg · 4,2 kJ/kg K · 40 K = 47 kWh
Q = m · cp · ∆t
ϑ∆⋅⋅= pcmQ ϑ∆⋅⋅= pcmQ
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Theoretische Schaltzyklen BHKW• Verbraucher Kleinlast QHeizlast = 1 kW
– Ladezeit 5,2 Stunden– Entladezeit 47 Stunden
• Verbraucher Großlast QHeizlast = 9 kW– Ladezeit 47 Stunden– Entladezeit 5,2 Stunden
• Verbraucher Mittellast QHeizlast = 5 kW– Ladezeit 9,4 Stunden– Entladezeit 9,4 Stunden
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Tatsächliche Schaltzyklen BHKW
⇒Kurze Schaltzyklen deuten auf
geringe effektive Speicherkapazität
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Erhöhung der Speicherkapazität eines Pufferspeichers
1. Speichermedium mit höherer spez. Wärmekapazität oder Phasenwechsel
2. Vergrößerung der Speichermasse
3. Temperaturschichtung im Speicher4. Positionierung der Temperaturfühler
5. Schaltpunkte für Umstellung Be- / Entladung
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Speicher-Effizienz-Darstellung nach Dietrich
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Idealisierte Wärmespeicherideal gemischt ideal geschichtet linear geschichtet
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Speicher-Effizienz-Darstellung nach Dietrich
Ideal durchmischter Speicher
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Speicher-Effizienz-Darstellung nach Dietrich
Ideal geschichteter Speicher
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Speicher-Effizienz-Darstellung nach Dietrich
Linear geschichteter Speicher
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Analyse PufferspeicherEffizienz-Darstellung nach Dietrich
Beladung ein: T3 < 45°C
Beladung aus: T6 > 50°C
Effektive Speicherkapazität 17 kWh
�
Theoretische Speicherkapazität 59 kWh
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Zwei–Zonen-Pufferspeicher-Entladung
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Analyse Pufferspeicher
Beladung ein: T3 < 45°C
Beladung aus: T6 > 50°C
Effizienzsteigerung:
•Zwei Zonen Entladung
Faktor 1,6
•Fühlerpositionierung
Faktor 1,5
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Laufzeitvergleich BHKW durch hydraulische Umstellung
Nur noch ein Start am Tag!
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