Evaluation verschiedener Technologien als saisonale Wärmespeicher für Solarthermie und Wärmepumpen als Wärmeerzeuger

Abstract

Diese Masterthesis wurde in der Forschungsgruppe Erneuerbare Energien der Master Research Unit Ecological Engineering an der ZHAW in Wädenswil durchgeführt. Das Ziel der Arbeit war, es bezüglich der verwendeten Wärmespeichertechnologie verschiedene kombinierte Heiz- und Kühlsysteme für den Einsatz in Gebäuden mit einem jährlichen Heizwärmebedarf von mehr als 20 MWh, als Alternativen zu Systemen mit Erdwärmesonden, L/W WPs oder Holzfeuerungen zu finden. Die Systeme sollen über eine PVT-Anlage zur Strom- und Wärmegewinnung, einem saisonalen Pufferspeicher für die Wärme aus den PVT-Kollektoren sowie einer Sole/Wasser-Wärmepumpe als Wärmeerzeuger verfügen. In der Recherche zu den verfügbaren Speichertechnologien wurde ersichtlich, dass vor allem der eTank, der Eisspeicher sowie der Paraffin-Speicher als potenziell geeignete Speichertechnologien für den Einsatz als Wärmespeicher im vorgegebenen System eingestuft werden. Bei einem eTank handelt es sich um einen ins Erdreich eingelassenen sensiblen Wärmespeicher, der mit einem Füllmaterial wie Erde, Sand oder Kies gefüllt ist, und je nach Bedarf mit Wärme beladen oder Wärme daraus entzogen werden kann. Mit den ausgewählten Speichertechnologien wurden folgende fünf kombinierten Heiz- und Kühlsysteme zur näheren Betrachtung definiert: eTank System, 2-eTank System, Eisspeicher System, Paraffin-Speicher System und Paraffin-Speicher + eTank System. Anschliessend wurden die Systeme anhand ihrer Eignung zum Einsatz in verschiedenen Gebäudetypen mittels Simulationsresultaten aus Polysun bewertet und mit einander verglichen. Die Gebäudetypen wurden durch ihren jährlichen Heizwärmebedarf und anhand der Unterscheidung zwischen Neubauten und Sanierungsgebäude charakterisiert. Mit den Simulationsresultaten wurde für jedes System eine Dimensionierungsmatrix erstellt, die eine Aussage darüber liefert, ob und wie gut sich ein bestimmtes Heiz- und Kühlsystemen für einen bestimmten Gebäudetyp eignet und mit welcher Speichergrösse, welcher Anzahl an PVT Kollektoren und welcher Systemjahresarbeitszahl (SJAZ) zu rechnen ist