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Sorptive Langzeitwärmespeicherung
Am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) der
Universität Stuttgart wurde im Projekt „MonoSorp“ ein neues
Verfahren, basierend auf einer sorptiven Langzeitwärmespeicherung,
zur solarthermischen Gebäudebeheizung entwickelt. Das
Verfahren beruht auf der Adsorption von Wasserdampf an zeolithischen
Wabenkörpern. Dabei werden in einem offenen Prozess
aus Zeolithpulver extrudierte Wabenkörper von feuchter Raumabluft
durchströmt. Die austretende erwärmte Luft wird in Verbindung
mit einer kontrollierten Gebäudebelüftung mit Wärmerückgewinnung
zur Erwärmung der Zuluft genutzt. Die Regeneration
des Speichers erfolgt solarthermisch in den Sommermonaten.
Abb. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer solchen Heizungsanlage
für ein Gebäude. Dabei ist die Lüftungsanlage mit
Wärmerückgewinnung ausgeführt und die „klassische“ solare
Kombianlage um einen Sorptionsspeicher erweitert. Während der
Heizperiode wird die verbrauchte, feuchte (Raum­) Abluft durch
den Sorptionsspeicher geleitet, in dem die Luftfeuchte adsorbiert
wird. Die dabei frei werdende Wärme führt zu einer Temperaturerhöhung
des Luftstroms. Die dem Gebäude zugeführte Umgebungsluft
wird dadurch auf Temperaturen deutlich oberhalb der
Raumtemperatur aufgewärmt und trägt so zur Raumheizung bei.
In Abb. 2 ist die jährliche Energieeinsparung für ein Einfamilienhaus
mit einer Wohnfläche von etwa 140 m², das mit einer kontrollierten
Lüftung mit Wärmerückgewinnung ausgerüstet ist, im
Vergleich zu einer Standard­Kombianlage dargestellt. Die Kollektorfläche
wurde dazu so gewählt, dass sie gerade ausreicht, um den
Sorptionsspeicher im Sommer vollständig zu regenerieren. Bereits
mit hoch effizienten Vakuumröhrenkollektoren mit Flächen von
20–30 m² und vergleichsweise geringen Speichervolumina von
10–15 m³ sowie relativ einfacher Systemtechnik lassen sich sehr
hohe solare Deckungsanteile realisieren. Mit einer Speicherdichte
von 130 kWh/m³ wird bei dem hier eingesetzten monolithischen
Sorptionswärmespeicher etwa die zweieinhalbfache Energiespeicherdichte
im Vergleich zu einem Warmwasserspeicher erreicht. Die
experimentellen Untersuchungen belegen die technische Machbarkeit.
Einige Punkte bedürfen jedoch noch weiterer Forschung.
Abb. 1 Schematische Darstellung eines Gebäudes mit kontrollierter
Lüftung, Wärmerückgewinnung und Sorptionsspeicher Quelle: ITW
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