Technologietransfer zur Entwicklung
eines wartungsarmen effizienten
Pufferspeichers GreenLayer

Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines energieeffizienten wartungsfreien Pufferspeichers mit innovativer Wärmeträgereinspeicherlösung aufbauend auf der geschützten Lösung und dem vorhandenen Know-how des Technologiegebers.

Die geschützte und zu übertragende technologische Produktinnovation ermöglicht den Einsatz einer einfachen und wartungsfreien Wärmeträgereinspeicherlösung für einen Schichtenspeicher. Schichtenspeicher bedeutet, dass in einem Speicher mehrere Schichten Wassers unterschiedlicher Temperatur enthalten sind, ohne mechanisch voneinander getrennt zu sein und diese Schichtung, weniger dichtes Wasser höherer Temperatur über dichterem Wasser niedrigerer Temperatur, bei den Ein- und Ausspeichervorgängen weitgehend erhalten bleibt, also Energieverlust durch Mischung vermieden wird.

Bei konventionellen Wasserspeichern erfolgt die Einspeicherung von beispielsweise Wärme über das Speichermedium so, dass es gewollt oder ungewollt, zur Vermischung des wärmeren Wassers mit dem kälteren kommt. Das liegt an hohen Einspeichermasseströmen (Impuls) und deren Freistrahlwirkungen und an der im Speicher stattfindenden natürlichen Konvektion. Das führt dazu, dass sich nach einiger Zeit an allen Stellen die nahezu gleiche Temperatur einstellt, wodurch die Entnahme von kurz zuvor eingespeichertem heißem Wasser nicht mehr möglich ist.

Beim Schichtenspeicher bilden sich die Schichten aufgrund der Dichteunterschiede des Wassers so aus, dass die wärmste Wasserschicht stets ganz oben ist. Damit diese Schichtung erhalten bleibt wird ist es erforderlich, zuströmendes Wasser im Sinne des Wärmeträgers so zuzuführen, dass es mit möglichst kleiner Strömungsgeschwindigkeit aus der Zuleitung in das Speichervolumen eintritt. Außerdem muss der Wärmeträger möglichst genau an der Höhe des Speichervolumens eingespeichert werden, dessen Schicht kaum einen Temperaturunterschied zu ihm selbst aufweist. Dies wird gemäß Stand der Technik durch langsame Fließgeschwindigkeiten erzeugt mittels Strömungsteilern oder –leiteinrichtungen und/ oder entsprechender innenliegender Einbauten (hohe Komplexität und Kosten, wartungsunfreundlich) oder von außen angebrachter Ventile (hoher Steueraufwand und Kosten, Wartung) erreicht. (siehe dazu (1), (2), (3))

Beide Varianten erzielen die Vorteile des Schichtenspeichers, wie:

• schnelle Trinkwarmwasserbereitstellung,
• Möglichkeit, Heizwasser je nach Bedarf aus verschiedenen Speicherschichtenschichten zu entnehmen,
• Entnahme heißen Wassers, obwohl nur Speicher nur teilweise beladen,

bei nachstehenden Defiziten:

• kostenintensiver in der Anschaffung als etwa ein gängiger Pufferspeicher bedingt durch komplizierte Einbauten,
• fast unmögliche Wartung vor allem bei innenliegenden Einbauten,
• hoher Wartungsaufwand und Hilfsenergiebedarf für Ventile und dazugehörige MSR-Technik bei über verschieden hohen Stutzen bewerkstelligter Beladung,
• Für bestimmte Temperaturniveaus aus unterschiedlichen Wärmequellen fest eingestellt und oft nicht adaptier- bzw. veränderbar

Um die Vorteile des Schichtenspeichers nutzen zu können, wurde im Rahmen von FuE-Tätigkeit des Technologiegebers eine innovative Lösung geschaffen, die die Defizite des Standes der Technik überwindet. Das Grundprinzip zeigt nachstehende schematische Darstellung in Abb. 1 wie folgt:

Ein hoch wärmegedämmter Speicher verfügt an seiner Deckfläche über einen Flansch, über welchen Zu- und Abläufe mittels flexibler Schläuche in das Behälterinnere eingeführt werden. An den Enden der Schläuche befinden sich Elemente, die aus zwei beanstandeten Scheiben bestehen (Details siehe Abb. 2). Durch diese Anordnung wird eine Vergleichmäßigung des Wasseraus- und -eintritts in der Ebene und eine extrem niedrige Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht. So wird der Impuls des Massestroms klein, wodurch Vermischung aufgrund Verwirbelung weitgehend verhindert wird und es kommt zur Ausbildung der stabilen weitgehend isothermen Schichten innerhalb des Speichers.