Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen Von Thomas Marks & Michael Heicks

Gliederung Einführung Komponenten Physikalisches Prinzip Eisspeicher Wärmepumpe Solar Luft-Absorber Heizung / Warmwasserspeicher Physikalisches Prinzip Latente Wärme Schmelzenergie Molekulare Struktur Energieerhaltungssatz Zusammenfassung Quellen M Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Einführung Erzeugen von Wärme mittels Wärmepumpe Wasser dient als Energiespeicher Nachhaltiges System, durch die Nutzung von Umgebungsluft , Sonnenenergie und Erdwärme Kühlung in der „heizfreien Periode“ Netzunabhängige und somit dezentrale Energieversorgung T Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Komponenten Solar-Luftabsorber Heizung und/oder Warmwasser-speicher Wärmepumpe Eisspeicher Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Eisspeicher Stahlbewehrter Betonbehälter Wasser als Wärmespeichermedium Zwei spiralförmig angeordnete Wärmetauscher Entzugswärmetauscher Regenerationswärmetauscher T Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Eisspeicher Die Temperaturspanne im Eisspeicher reicht von etwa - 7 bis + 25 °C Ein Solar-Eis-Speicher von ca. 12 m³ und 5 Solar-Luftabsorbern entspricht: etwa einer maximalen Heizlast von 7,5 kW und etwa 1800 Volllaststunden im Jahr oder 120l Heizöl T Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Wärmepumpe Funktionsprinzip wie bei einem Kühlschrank Kältemittel mit einem niedrigem Siedepunkt Eisspeicher als Wärmequelle M Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Solar Luft-Absorber Offener Solar-Luftabsorber Nimmt Wärme der Sonne & Umgebungsluft auf Auch bei Bewölkung oder diffuser Strahlung Montage zweier Module übereinander ist möglich Absorbierte Energie wird über den Regenerationswärmetauscher in den Eis-Speicher übertragen T Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Heizung / Warmwasserspeicher Flächenheizung Heizungsrohre werden mäander oder spiralförmig verlegt Kleine Vorlauftemperaturen Radiatorheizungen Hohe Vorlauftemperaturen notwendig  eher ungeeignet für Wärmepumpensysteme Warmwasserspeicher Bereitstellung des Trinkwassers M Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Physikalisches Prinzip Molekulare Struktur Eis Große Anziehungskraft der Moleküle untereinander Moleküle bilden ein Kristallgitter Schmelzen Wärmeenergie wird zugeführt Lage und Anordnung der Moleküle ändert sich T Wasser geringere Anziehungskraft der Moleküle untereinander Moleküle können sich frei bewegen Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Physikalisches Prinzip Eisspeicher nutzt Prinzip der latenten Wärme Latente Wärme Verborgene Wärme (lat. latere – verborgen sein) Bezeichnet die bei einem Phasenübergang aufgenommene/abgegebene Wärmeenergie Temperatur ändert sich nicht Beispiel: „Eiswürfel schmelzen“ Wärmeenergie führt zum Schmelzen des Eiswürfels Temperatur des geschmolzenen Wassers ändert sich nicht Sobald Eiswürfel komplett geschmolzen ist erhöht sich die Temperatur T Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Physikalisches Prinzip M Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Physikalisches Prinzip Wie lässt sich die Wärmeenergie durch den Schmelzvorgang bewerten? Thermische Energie: Q = Wärmemenge [kJ] m = Masse [kg] c = spez. Wärmekapazität [kJ / (kg*K)] ΔT = Temperaturänderung [K] Mit der Schmelzwärme von 335 kJ lässt sich 1 kg Wasser von 0°C auf 80°C erhitzen. M Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Physikalisches Prinzip M Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Physikalisches Prinzip Bisher nur Betrachtung der Schmelzenergie Nun Bezug auf die Kristallisationsenergie Energieerhaltungssatz In einem abgeschlossenen System ist die Summe aller Energien konstant Gesamtenergie bleibt erhalten M Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Physikalisches Prinzip Schmelzvorgang E1 = Ei + Q Wärmeenergie Q Ei Kristallisations-vorgang E2 = Ei - Q Wärmeenergie Q Ei M Nach dem Energieerhaltungssatz gilt: ∑E = E1 + E2 = 0  E1 = - E2 |Schmelzenergie| = - |Kristallisationsenergie| Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

Zusammenfassung Sehr innovatives System zur nachhaltigen Energiegewinnung Nutzung von 3 regenerativen Energiequellen zur Speisung des Systems Sonne Luft Erde Schnelle Amortisierung der Anlage Umweltschonende Heizung und Kühlung des Gebäudes Durch Nutzung der Latentwärme mehr Energie auf gleichem Volumen Weniger Wärmeverluste durch geringes Temperaturniveau Regeneration schon bei geringen Temperaturen M Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

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Quellen Effizientberaten: http://effizientberaten.de/anlagentechnik/warme-aus-dem-eis-eisspeicher- und-warmepumpe-zur-beheizung-von-gebauden-1000.html, abgerufen August 2013 IKZ: http://www.ikz.de/heizung/liste.html?tx_ttnews[swords]=Fl%C3%A4chenheizsystech, abgerufen August 2013 Isocal: http://www.isocal.de/solareis/solareis-konzept.html, abgerufen Juli 2013 Koch,M.: Skript Ingenieurhydrologie I. Universität Kassel, 2013 Simplyscience: http://www.simplyscience.ch/teens-liesnach-archiv/articles/wie-kann-man- mit-kalter-luft-heizen-.html, abgerufen Juli 2013 Viessmann: http://www.viessmann.de/de/ein- _zweifamilienhaus/produkte/Waermepumpen/Eisspeicher.html, abgerufen Juli 2013 Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmepumpenheizung, abgerufen Juli 2013 M Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013