Kombination von Latentwärmespeichern mit Solarthermie

Einleitung Motivation Solarthermiemodelle Latentwärmespeichermodelle Ergebnisse Gesamtsystem aus Wärmepumpe und PCM Gesamtsystem aus Wärmepumpe, PCM und Solarthermie Gesamtsystem aus Kessel , PCM und Solarthermie Ausblick BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 2

Motivation Einsatz in modernen Heizsysteme mit einer Vorlauftemperatur von 35 °C Einsatz Niedertemperaturspeicher Latentwärmespeichermaterialen, Schmelztemperatur ~ 35 °C Paraffine, Salzhydrate Solarthermie Übergangszeit Gesamtsysteme Verschiedene Einflüsse: von Dämmung bis Verschattungseinfluss BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 3

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1. Modellierungsvariante Physikalische Beschreibung Detaillierte Beschreibung des Kollektors über: Gehäuseeigenschaften (Glas, Isolierung etc.) Absorbereigenschaften Abmessung (Fläche, Materialdicke etc.) Konvektionsverluste Leitungsverluste Strahlungsverluste Berücksichtigt werden: Außentemperatur Luftfeuchtigkeit Windgeschwindigkeit Einfallswinkel … BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 5

2. Modellierungsvariante Wirkungsgradbasierte Beschreibung Wettermodel liefert nur Strahlungsleistung Berechnung der Strahlungsleistung auf den geneigten und ausgerichteten Kollektor Beinhaltet Datensätze verschiedener Kollektortypen Berechnet Wärmeaufnahme des Nennvolumenstroms Wirkungsgradbasiert K_teta : Berücksichtigt Sonnenstand und Anstellwinkel Eta_0 : Wirkungsgrad bei senkrechter Sonneneinstrahlung T_m : Mitteltemperatur aus ein- und austretender Fluidtemperatur T_a : Umgebungstemperatur G : Strahlungsleistung der Sonne a1 : Aus Versuchen ermittelter Korrekturfaktor a2 : Aus Versuchen ermittelter Korrekturfaktor BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 6

Grundeinstellungen und Kollektortyp Geografische Lage: 52,517° nördlicher Breite (~Berlin) Anstellwinkel: 45° Ausrichtung: Süden Simulierte Tage: 22. und 23. März 22. und 23. Juni Kollektor: Flachkollektor Ich habe mal 22. und 23. Dezember stehen lassen, obwohl der 28. und 29. berechnet wurden BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 7

Ergebnisse Rechenzeit für die Simulation von 30 Tagen: 1. physikalisches Modell: 96.2 seconds 2. wirkungsgradbasierte Modell: 5.95 seconds Durchschnittliche Abweichung: März: 0,0215 Juni: 0,0314 BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 8

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Hintergrund Eigenschaften der Latentwärmespeicher Hystereseverhalten BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 10

Modellierungsansätze Tabellenbasierte Darstellung Numerische Näherung BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 11

Simulationsmodell Variation verschiedener Parameter αeff Fläche Druckverlust Plattenanzahl PCM Durchströmungsart Medien BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 12

Skizze Latentwärmespeicher BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 13

Auswertung der Datensätze Output: Simulationsdaten Input: Messdaten PCM- Modell Tabelle Numerisch Messungen Zeit in s BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 14

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Gesamtsystem aus Wärmepumpe und PCM BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 16

Gesamtsystem aus Wärmepumpe, PCM und Solarthermie BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 17

Gesamtsystem aus Kessel, PCM, Solarthermie BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 18

Gesamtsystem aus Wärmepumpe und PCM Verschiedenen Materialien oder Speicherbauten können das Gesamtsystem verbessern Mehr PCM führt zu einer höheren Primärenergieeinsparung 1 Jahr Primärenergiebedarf in % The annual demand of primary energy is shown on this slide with the value for the simple water storage set to 100 per cent. Energy savings increase with the amount of PCM plates in the storage. As I said before, these are the first simulation results. The storage still has to be optimized and fitted to the system. For further development we are waiting for the results of experiments on our storage test bench. Wasser 25 kg PCM 40 kg PCM BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 19

Gesamtsystem aus Wärmepumpe, PCM und Solarthermie Durch die Solarkollektoren kann der Primärenergiebedarf gesenkt werden Zeitraum: letzten zwei Aprilwochen Primärenergiebedarf in % The annual demand of primary energy is shown on this slide with the value for the simple water storage set to 100 per cent. Energy savings increase with the amount of PCM plates in the storage. As I said before, these are the first simulation results. The storage still has to be optimized and fitted to the system. For further development we are waiting for the results of experiments on our storage test bench. Ohne Solar 2 Kollektoren 4 Kollektoren BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 20

Gesamtsystem aus Kessel, PCM, Solarthermie Mehr PCM führt zu einer höheren Primärenergieeinsparung Deutlicher ist der Einfluss der Solarkollektoren: eine doppelte Anzahl fast eine Verdopplung der Einsparung Zeitraum: letzte Aprilwoche Primärenergieeinsparung in % 155 Liter Wasser 310 Liter Wasser BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 21

Zusammenfassung und Ausblick Primärenergieeinsparung durch Kombination von Solarthermie und Latentwärmespeichern wird erreicht Weitere Analysen notwendig, um genauer Aussagen treffen zu können Nächste Schritte: Weiterentwicklung der Gesamtsysteme Validierung und Optimierung der Modelle Abschließende Gesamtsystemanalysen Gesamtsysteme weiter entwicklen werden Optimierung der Regelung für PCM- Speicher und Solarthermieanlage Integration der PCM in vorhandene Systeme Validierung und Optimierung der Modelle erfolgen Hystereseverhalten Wärmeverluste Gesamtsystemanalysen Jahressimulationen Verschiedene Dämmstandards BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 22

Latentwärmespeicherprüfstand, Anfang 2010 BauSim 2010, Wien, 22.09.2010 | C. Leonhardt | Folie 23