A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Weiterentwicklung der Erdbecken-Wärmespeichertechnologie
Erdbecken-Wärmespeicher werden in einer Grube im Erdreich gebaut. Je nach Speichertyp bzw. Speichermedium wird unterschieden in Kies-Wasser-Wärmespeicher (KW), Erdreich- bzw. Sand-Wasser-Wärmespeicher (EW bzw. SW) oder Heißwasser-Wärmespeicher (HW). In Bezug auf Wärmekapazität und Betriebsverhalten ist der HW gegenüber den anderen Typen vorteilhaft. KW und EW haben Vorteile3, wenn statische Gründe im Vordergrund stehen. Die Wärmedämmung muss nicht nur möglichst kosteneffektiv eingebracht werden, sondern dabei auch trocken und schadensfrei bleiben. Vor allem bei großen Speichern kann das Einbringen der Wärmedämmung mehrere Woche dauern. Der Schutz von Witterungseinflüssen spielt dann zusätzlich eine wichtige Rolle bei der Auswahl einer geeigneten Wärmedämmung und entsprechender Einbaumaßnahmen. Schüttfähige Dämmstoffe wie Blähglasgranulat oder Schaumglasschotter bieten dabei die meisten Vorteile. Im Rahmen von Innenlaboruntersuchungen wurde die effektive Wärmeleitfähigkeit von schüttfähigen Dämmstoffen in Abhängigkeit der Temperatur und des Wassergehaltes gemessen. Auf Basis der Messwerte wurde ein Modell entwickelt, dass die Beschreibung der Wärmeleitfähigkeit als Funktion des Wassergehaltes und der Temperatur ermöglicht. Durch transiente Simulationsrechnung können darauf aufbauend die tatsächlichen Wärmeverluste im Betrieb bestimmt werden. Weiter wurde der Diffusionswiderstand von Kunststoffdichtungsbahnen mit einer neu entwickelten Permeationsmess-Apparatur als Funktion der Temperatur bestimmt. Aufgrund der hohen Dampfpartialdruckdifferenz nimmt die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate exponentiell mit steigenden Temperatur zu. Einen nicht unerheblichen Anteil an den Speicherkosten macht der Erdbau aus. Die Geometrie des Wärmespeichers und der Bauablauf bedingen die Form der Baugrube. Erdvergrabene Wärmespeicher werden entweder als Zylinder, als (umgekehrte) Pyramiden- oder Kegelstumpf oder als Mischform ausgeführt. Verbauarten sowie der Wandaufbau der Speicherhülle werden aufgezeigt. Im Rahmen von Außenlaborversuchen wurden verschiedene Konzepte und Bauweisen von EW untersucht. Beispielhaft wird eine Kostenrechnung für einen erdvergrabenen Langzeit-Wärmespeicher dargestellt.
Weiterentwicklung der Erdbecken-Wärmespeichertechnologie
Erdbecken-Wärmespeicher werden in einer Grube im Erdreich gebaut. Je nach Speichertyp bzw. Speichermedium wird unterschieden in Kies-Wasser-Wärmespeicher (KW), Erdreich- bzw. Sand-Wasser-Wärmespeicher (EW bzw. SW) oder Heißwasser-Wärmespeicher (HW). In Bezug auf Wärmekapazität und Betriebsverhalten ist der HW gegenüber den anderen Typen vorteilhaft. KW und EW haben Vorteile3, wenn statische Gründe im Vordergrund stehen. Die Wärmedämmung muss nicht nur möglichst kosteneffektiv eingebracht werden, sondern dabei auch trocken und schadensfrei bleiben. Vor allem bei großen Speichern kann das Einbringen der Wärmedämmung mehrere Woche dauern. Der Schutz von Witterungseinflüssen spielt dann zusätzlich eine wichtige Rolle bei der Auswahl einer geeigneten Wärmedämmung und entsprechender Einbaumaßnahmen. Schüttfähige Dämmstoffe wie Blähglasgranulat oder Schaumglasschotter bieten dabei die meisten Vorteile. Im Rahmen von Innenlaboruntersuchungen wurde die effektive Wärmeleitfähigkeit von schüttfähigen Dämmstoffen in Abhängigkeit der Temperatur und des Wassergehaltes gemessen. Auf Basis der Messwerte wurde ein Modell entwickelt, dass die Beschreibung der Wärmeleitfähigkeit als Funktion des Wassergehaltes und der Temperatur ermöglicht. Durch transiente Simulationsrechnung können darauf aufbauend die tatsächlichen Wärmeverluste im Betrieb bestimmt werden. Weiter wurde der Diffusionswiderstand von Kunststoffdichtungsbahnen mit einer neu entwickelten Permeationsmess-Apparatur als Funktion der Temperatur bestimmt. Aufgrund der hohen Dampfpartialdruckdifferenz nimmt die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate exponentiell mit steigenden Temperatur zu. Einen nicht unerheblichen Anteil an den Speicherkosten macht der Erdbau aus. Die Geometrie des Wärmespeichers und der Bauablauf bedingen die Form der Baugrube. Erdvergrabene Wärmespeicher werden entweder als Zylinder, als (umgekehrte) Pyramiden- oder Kegelstumpf oder als Mischform ausgeführt. Verbauarten sowie der Wandaufbau der Speicherhülle werden aufgezeigt. Im Rahmen von Außenlaborversuchen wurden verschiedene Konzepte und Bauweisen von EW untersucht. Beispielhaft wird eine Kostenrechnung für einen erdvergrabenen Langzeit-Wärmespeicher dargestellt.
Weiterentwicklung der Erdbecken-Wärmespeichertechnologie
Mangold, D. (author) / Schmidt, T. (author)
2006
11 Seiten, 9 Bilder, 4 Tabellen, 22 Quellen
Conference paper
German
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