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Wärmespeicherung
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23.11.2018 10:37
FrankB 
Wärmespeicherung

Da ich meinen Luftkollektor im Sommer aus habe,ist mir der Gedanke gekommen evtl. die Wärme zu speichern.Hat jemand Erfahrungen mit Zeolith?Wird in neueren Geschirrspülern verwendet,ich denke im letzten Schritt beim trocknen.Doch wo wird die Energie hergeholt um das Zeolith wieder zu regenerieren.Wenn ich das mit einer Heizpatrone mache,bringt es wohl keinen Nutzen,Spüli hat ja keinen grossen Antrieb,der Abwaerme produziert.25 kg Zeolith liegen um die 16 .Interessieren tut mich welche Temperatur benoetige ich zur Regeneration,wie lange bzw welche Energiemenge? hier mal ein Link,ich wurde aber kein Bier benutzen.

23.11.2018 10:45
FrankB 
Re: Wärmespeicherung

FrankB:
Da ich meinen Luftkollektor im Sommer aus habe,ist mir der Gedanke gekommen evtl. die Wärme zu speichern.Hat jemand Erfahrungen mit Zeolith?Wird in neueren Geschirrspülern verwendet,ich denke im letzten Schritt beim trocknen.Doch wo wird die Energie hergeholt um das Zeolith wieder zu regenerieren.Wenn ich das mit einer Heizpatrone mache,bringt es wohl keinen Nutzen,Spüli hat ja keinen grossen Antrieb,der Abwaerme produziert.25 kg Zeolith liegen um die 16 .Interessieren tut mich welche Temperatur benoetige ich zur Regeneration,wie lange bzw welche Energiemenge? hier mal ein Link,ich wuerde aber kein Bier benutzen.https://www.youtube.com/watch?v=8YV3OPWJ06Y

23.11.2018 13:20
Randvogelsberger 

Re: Wärmespeicherung

Moin

Schöne Idee, und nein, ich habe keine Erfahrung.

Hier mal die Theorie mit ein paar Zahlen dafür:

https://crm.saena.de//sites/default/file...9_200-11-02.pdf

Auszug:

Ein Sorbens wie Zeolith 13 X kann bis zu 30 % seines trockenen Eigengewichts an Wasser
aufnehmen. Bei geeigneten Betriebsbedingungen (hohe Ladetemperatur,
Niedertemperaturquelle mit hoher Temperatur, nahezu gesättigte Luft am Eintritt des
Festbetts) können damit bis zu 270 Wh/kg Sorbens gespeichert werden.


Aber bei Temperaturen 100-300 Grad Lade-Entladetemperaturen.

Jetzt träume ich mal unabhängig vom Temperatur Niveau:

- Solarkolli macht warme trockene (entfeuchtete) Luft-> Wasser entweicht aus Zeolith -> nasse kalte Luft entsteht (im Sommer kühlen?) -> Speicher läd auf
- Lüfter saugt (befeuchtete) Luft an -> Wasser lagert sich im Zeolith an -> Wärme entsteht -> Speicher wird entladen

Mein 2,5 qm Kolli kann bis zu 13.000 Wh pro Tag, macht mind. 48 Kg bei 100 Grad Ladetemp. und 200 Grad Entladetemp.
Die Temperaturen erreiche ich nicht, klingt aber dennoch machbar/ versuchbar. (Wie befeuchtet und entfeuchtet man eigentlich Luft ohne großen Energieeinsatz?)


Gruß Andy

23.11.2018 14:35
Randvogelsberger 

Re: Wärmespeicherung

Und hier (für alle die es interessiert), wie es im Geschirrspüler funktioniert:

http://www.aee.at/aee/zeitschrift-erneuerbare-energie?id=939

300 Grad zum beladen des Speichers erreiche ich mit meinem Kolli irgendwie nicht....

Gruß Andy

23.11.2018 18:02
Leyonardo 
Re: Wärmespeicherung

Ein sehr spannendes Thema!

Als ich mich vor ein paar Jahren theoretisch damit beschäftigt habe, habe ich unter anderem eine Adresse gefunden: www.zeo-tech.de
Der Erfinder, der dahinter steckt, hat vermutlich in Deutschland mit die größte Erfahrung auf dem Gebiet. Die Firma hat jede Menge Patente auf diesem Gebiet angemeldet. Eine der bekanntesten Umsetzungen dürfte das CoolKeg der Tucher-Brauerei sein (da hat Wigald sein Fass her ). Es lohnt sich auf jeden Fall sich mal die Seite der Firma anzuschauen.

Dass das Prinzip funktioniert, hat auch Vaillant mit einer Gasheizung bewiesen, die Zeolith verwendete. Sie wurde von Vaillant als die "grünste Gasheizung der Welt" beworben. Vor einiger Zeit wurde die Heizung allerdings wieder vom Markt zurückgenommen (die Gründe dafür kenne ich leider nicht, falls es jemand weiß - ich würde es gerne auch wissen). Es könnte also sein, dass es noch einige Haken gibt (Langzeitprobleme, Materialprobleme, Effizienzprobleme ...) oder dass die Technik zu gut funktioniert.
Von Zeo-Tech kann man auch das Zeolith kaufen. Dabei gibt es wohl Qualitätsunterschiede. Bevor du Zeolith kauftst, erkundige dich doch mal bei Zeo-Tech, warum man deren Material kaufen sollte. Man könnte ja Versuche im Kleinen mit getestetem Material machen und gegebenenfalls dann die Versuche mit preiswerterem Material aus anderen Quellen wiederholen.

Die Technik ist soweit einfach (wie Andy schon beschrieben hat):
1. Im Sommer z. B. heiße Luft (> 100° ist vorteilhaft) durch Zeolith strömen lassen und damit Zeolith trocknen -> Wärme wird eingespeichert.
2. Bis zum Winter (oder Bedarfsfall) abgedichtet aufbewahren -> Wärme ist im Zeolith chemisch gespeichert.
3. Im Winter dem Zeolith dosiert Wasser zuführen. Das Zeolith erwärmt sich und über einen Luftstrom kann die warme, angefeuchtete Luft abgeführt werden.
Der Umwandlungswirkungsgrad soll hoch sein, leider finde ich keine Angaben mehr dazu. Ob man mit den relativ niedrigen Temperaturen aus Luftkollektoren vernünftig arbeiten kann, kann ich nicht beurteilen, sollte aber zu erfahren sein. Zumindest mit höheren Temperaturen scheint es gut zu funktionieren.
Auf die Fallstricke wird man möglicherweise dann noch stoßen.

Mir ist jedenfalls nicht bekannt, warum dieses Prinzip nicht schon in diversen Ausführungen auf dem Markt ist, obwohl es schon lange bekannt ist. Mir sind aber auch noch keine Gründe auf die Füße gefallen, dass es entscheidende Nachteile gibt (es sei denn, die wurden in letzter Zeit veröffentlicht).
Möglicherweise ist das Thema einfach nur außerhalb des gesellschaftlichen Fokus, genau wie die solare Wärmeerzeugung gegenüber der solaren Stromerzeugung.

Gruß
Herbert

23.11.2018 21:08
Holger73 
Re: Wärmespeicherung

Ich habe in meinem Kopf eine Studie von Studenten, welche einen Wohncontainer mit Solar(Luft?)kollektoren und einem 8cbm-Zeolithspeicher versehen haben. Die Wärme wurde in unterschiedlichen Temperaturzonen eingelagert, so dass ein optimiertes Wärmemanagement möglich war. Genauso konnte auch die Entladung gesteuert werden, bei welcher Frischluft angesaugt und - wenn ich mich recht erinnere - noch vor dem Zeolithspeicher angefeuchtet wurde.
Eine schnelle Suche im Internet hat mich aber nicht fündig werden lassen...

Wieviel wiegt ein Liter Zeolith? Ich schätze mal maximal 1kg. Würde bei den 48kg von Andy für eine "Tagesernte" also 48 L entsprechen. Also könnte ich in eine 500l-Regentonne mit 500kg Zeoltih (Kosten ca. 320,- ) die Ernte von ca. 10 Sommertagen einlagern und hätte ca. 135kwh zur Verfügung. Wenn ich jetzt im Winter ein kleines Gebläse 24h mit angefeuchteter Luft in die Tonne rein- und rauspusten lasse und dabei 1kwh in der Stunde raushole, wäre der Speicher nach 5 1/2 Tagen leer...
Meiner Meinung nach viel Aufwand und relativ hohe Kosten. Und die Temperaturen müssen auch relativ hoch sein. Mit Salzhydraten reichen Temperaturen ab ca. 65 Grad, aber billiger sind die auch nicht - ganz zu schweigen von dem Platz, welcher vorgehalten werden muss...

Das Problem mit der Sommerhitze hoffe ich dadurch zu entschärfen, dass ich mit den PV-Modulen nebenbei noch Strom mache. Rein rechnerisch macht der PV-Hybrid-Kollektor 25 - 33% seines Ertrages in Strom so dass der Sommerhitze die überschüssige Abwärme geringer ausfällt und auch noch Strom entsteht...

Ich werde mal in den nächsten Tagen die Zahlen hier - also in meinen Thread - mit reinstellen.

Noch einen schönen Abend

24.11.2018 13:31
Leyonardo 
Re: Wärmespeicherung

Von der Wärmekapazität her kann Zeolith bis zu etwa 4-5 mal mehr speichern als Wasser. Das wäre schon ein Vorteil, zumal Zeolith auch nur etwa 3/4 des Gewichtes von Wasser besitzt.

Bei einem Wasserspeicher von 1m³ und 1000kg Mediumgewicht (ohne Behälter) würde man bei 90° Starttemperatur und Entladung auf 40°C knapp 60kWh speichern können. Dabei sinkt die Temperatur aber linear auf 40°C ab.

Bei Zeolith würde das mit 0,2m³ und einem Gewicht von nur etwa 150kg funktionieren. Durch kontrollierte Zufuhr von Feuchtigkeit in den Luftstrom sollte sich die Temperatur eigentlich auch auf ein konstant hohes Niveau einregulieren lassen, womit man quasi eine Temperaturregelung realisieren könnte. Allerdings weist die austretende Luft eine leicht erhöhte Luftfeuchtigkeit auf, die möglicherweise ein Problem darstellen könnte. Wer, wie in meinem Fall, aber eher zu geringe Luftfeuchte in seinen Räumen hat, hat damit wohl kein Problem.
Das natürlich gebrochene Zeolith wird vermutlich keine so hohe Speicherfähigkeit haben, so dass das Verhältnis zwischen Wasser dann noch reduziert ist.

Die Zahlen von Holger zeigen, dass man mit 500kg nur ein paar Tage überbrücken kann und dann wieder sehr sonnige Tage braucht um Energie einzuspeichern. Also zum Speichern von Sommersonne in dieser Größe absolut ungeeignet. Allerdings könnte man die Wärme im Sommer einspeichern und im Winter wieder rausholen, wenn der Speicherbehälter gut verschlossen ist.

Ohne das Kosten/Nutzenverhältnis weiter zu betrachten, würde ich gerne ein paar Gedanken dazu zur Diskussion stellen.
Jeder der im Keller eine Warmwasserheizung stehen hat, hat auch einen Speicherbehälter. Der hat je nach Größe des Hauses, der Bewohneranzahl und den persönlichen Einstellungen des Besitzers eine Größe von einigen Hundert Litern (nur für Brauchwasser) bis zu einigen 1000 Litern (wenn man Solarenergie längerfristig speichern will). Dazu braucht man i. d. R. Druckbehälter, die im Preisbereich von einigen Hundert bis zu einigen Tausend Euros liegen. Das Speichermaterial Wasser ist das günstigste an diesen Anlagen und muss kostenmässig eigentlich überhaupt nicht berücksichtigt werden.
Über die Notwendigkeit eines solchen Speichers gibt es keine Diskussion, wohl aber über die Größe.

Beim Zeolithspeicher sieht das anders aus. Da ist das Speichermaterial heutzutage recht teuer, aber es müssen keine Druckbehälter dafür vorhanden sein. Im Selbstbau könnte so ein Behälter aus Plattenmaterial (z. B. OSB mit Folie ausgeschlagen) aufgebaut werden. Dann kostet ein Speicher von 1m² Grundfläche und 2m Höhe (2m³ und somit mehr als vier mal so viel Zeolith wie in Holgers Beispiel) etwa 1300 an Zeolith und ein paar 10 für den Behälter.
Bei der Menge ist das Zeolith bestimmt auch billiger. :-)

Die Zuluft könnte einfach unten zugeführt und oben abgeführt werden (sowohl beim Einspeichern als auch Entnehmen). In einem nur mit Luft beheizten Haus wäre das dann sozusagen der "Heizungsspeicher". In Holgers Beispiel (und mit seinen Zahlen) würde der Speicher dann für 22 Tage Wärme liefern.
8 m³, wie aus dem Beispiel des Studentencontainers, würden schon 176 Tage (einen Winter?) überbrücken (ohne die Sonnentage zu berücksichtigen). Um Missverständnissen vorzubeugen: 1kW/h ist für die meisten Häuser etwas wenig. :-)
Jeder Sonnentag mit genügend Lufttemperatur läd den Speicher jedoch wieder nach.

Das ist aber warscheinlich auch das größte Problem. Auch im Winter muss eine Temperatur erreicht werden, die hoch genug ist, das Wasser aus dem Zeolith auszutreiben. Ich gehe mal davon aus, dass der Ladewirkungsgrad bei niedrigeren Temperaturen drastisch abnimmt und der Einspeichervorgang nicht nur einfach langsamer abläuft.

Statt Zeolith kann man übrigens auch Silicagel verwenden. Dort sind, soweit ich weiß, keine so hohen Ladetemperaturen erforderlich, aber die Gesamteigenschaften sind wohl nicht so gut wie bei Zeolith (ohne Gewähr).

Ich kann mir vorstellen, dass in Fertighäusern der Zukunft z. B. die Hohlräume der Holzständerwände teilweise mit so einem Speichermaterial gefüllt werden könnten (kein zusätzlicher Platzbedarf und zusätzliche Schalldämmung). Interessant wäre dann auch, dass die Wand selbst beim Entladen Temperatur abgibt und somit als Strahlungsheizkörper wirkt.
In bestehenden Häusern ist das Kosten/Nutzenverhältnis momentan wohl eher problematisch.

Ein Versuch mit 25kg Zeolith oder Silicagel wäre aber ein überschaubarer Aufwand um einfach mal zu sehen, ob das im Großen Sinn macht.

Gruß
Herbert

24.11.2018 14:26
Leyonardo 
Re: Wärmespeicherung

In meinem letzten Beitrag muss ich etwas korrigieren. Beim Entladen des Speichers wird zwar feuchte Luft eingeführt, die tritt aber als trockene und heiße Luft aus. Man hat also eher das Problem, dass die Luft zu trocken als zu feucht ist.

Rumgedreht wird beim Beladen die Luft getrocknet und gekühlt. Das wird übrigens schon für Kühlanlagen genutzt. Mit Sommerhitze kühlen find ich genial und dabei wird noch Energie gespeichert.

Eine ganz interessante Präsentation von einem Wissenschaftler an der Uni Stuttgart hab ich noch gefunden: http://comtes-storage.eu/wordpress//wp-c...ner_Kerskes.pdf

Dort sind auch belastbarere Daten zu finden und man sieht, welches Material wie effektiv ist.
Im deutschen Projekt "NADINE" sollen diese "Carnotschen Batterien" im großen Maßstab getestet werden.

Klingt nicht schlecht, was ich da lese.

Gruß
Herbert

24.11.2018 23:09
Leyonardo 
Re: Wärmespeicherung

Noch ein Nachtrag:
Ich hab mal noch etwas gestöbert und eine aktuelle Dissertation von 2016 gefunden. Dort wird Zeolith und Kompositzeolith als Speichermaterial untersucht: http://ul.qucosa.de/api/qucosa%3A14870/attachment/ATT-0/

Wie schon vermutet, spielt die Variante des Zeolith eine Rolle. Außerdem ist die Beladetemperatur von Zeolith alleine für normale Luftkollektoren zu hoch. Es gibt allerdings eine Möglichkeit, das zu verbessern.
Durch Kombinieren des Zeoliths mit einem Salz kann die Wärmespeicherdichte erhöht und die Beladetemperatur wesentlich gesenkt werden.

Ein solches Komposit ist ein Zeolith (Na-X) mit Calziumclorid. Das Zeolith wird quasi mit Salzlösung getränkt und verheiratet. Dann kann das Komposit sogar noch mit Temperaturen von 30°C beladen werden. Dazu sollte die Beladeluft aber so trocken wie möglich sein. Die Wärmespeicherdichte kann dann noch bis zum 1,5fachen von Wasser betragen, also immer noch ordentlich.

Ob das mit dem Zeolith für 16 auch noch so gut funktioniert, ist allerdings fraglich. Auch der Aufwand zur Herstellung des Komposits ist nicht unerheblich. Aber machbar wäre das sicher.
Mit Vakuumröhren als Luftkollektor könnte das auch nur mit Zeolith funktionieren. Mit konzentrierenden Solarsystemen sowieso, aber das ist wieder eine andere Liga.

Gruß
Herbert

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