Wasserwärmespeicher 1 PDF

Bietet also die Möglichkeit Wärme zu speichern. Ja ich weise mal auf hin, vielleicht haben sie es hier und dort auch schon woanders gehört. Sensible Speicher, also dieser Begriff des sensiblen. Ich habe ihn zwar auch in der Überschrift zu dieser Lehrveranstaltung verwendet, aber er ist ein etwas the...

Bietet also die Möglichkeit Wärme zu speichern. Ja ich weise mal auf hin, vielleicht haben sie es hier und dort auch schon woanders gehört. Sensible Speicher, also dieser Begriff des sensiblen. Ich habe ihn zwar auch in der Überschrift zu dieser Lehrveranstaltung verwendet, aber er ist ein etwas thermodynamisch unpräziser Begriff sensibel, weil wenn es um sensible Wärme geht, muss man natürlich sagen, die gibt es nicht. Wir haben also keinen Wärmerezeptor. Wir können im Prinzip Temperaturen fühlen. Wir können, wenn wir einen Stoff, ein Medium berühren, feststellen, ist dieses Medium warm oder ist es kalt oder ist es wärmer oder kälter. Wir können nicht feststellen, wie warm es ist und welche Temperatur es hat. Und insofern, wenn wir über sensible Wärme sprechen, dann meinen wir damit natürlich vor allem Wärmespeicher, die mit Temperaturänderungen einhergehen, die für uns fühlbar sind. Ansonsten ist der Begriff des sensiblen Speichers und der sensiblen Wärme immer mit etwas Vorsicht zu genießen. Und wir wissen, das ist also thermodynamisch etwas im Grenzbereich dessen, was man sagen sollte, sagen darf. 0:05:42 Das ist wie Energieerzeugung. Aber es hilft der Kommunikation und wir wissen, was gemeint ist. Und insofern bin ich da jetzt nicht zu puristisch unterwegs, als dass ich sage, nein, wir verbieten uns diesen Duktus, sondern wir können ihn im Prinzip gern nutzen, um uns auch abzugrenzen von anderen Speichern, nämlich den latenten Speichern und den sortiven oder thermochemischen Speichern hier rechts. Und auch mit denen werden wir uns beschäftigen. Wir haben im Laufe des Semesters nicht allzu viel Zeit, um durch all diese Speicher durchzugehen. Sie haben es schon gesehen, die sensiblen Wasserwärmespeicher nehmen schon relativ prominenten Namen. Wir haben zwei Prolosungen heute zu den latenten Speichern. Ja, gut, wenn man Dampfspeichern dazu zählt, haben wir auch zwei Prolosungen. Und insofern haben wir also genügend Zeit, um uns damit auch zu beschäftigen. Was ich nur mit der Folie auch will, ist, sie auf diese DIN hinzuweisen, auf diese Norm und einfach nur immer auch wieder hinweisen, wenn ich auf solche Literaturschellen Normen verweise, dann nicht, dass sie sich das irgendwie einprägen müssen, sich Nummern merken müssen, sondern, dass sie einfach da mal einen Blick reinwerfen und sich vielleicht ein bisschen mehr anschauen, als das, was ich hier als Bild hier ausziehe. Ich habe noch ein paar andere Bilder aus Wiedernorm, das werden wir uns gleich anschauen. Insofern kann es für sie vielleicht auch eine hilfreiche Literaturstelle sein für weiterführendes Selbststudium. Gut, ich hatte es schon gesagt, die sensiblen Wärmespeicher sind die Speicher, die am weitesten entwickelt und am größten im Markt verfügbar sind. 0:07:18 Die sind technologisch mehr oder weniger ausgereift. Das was hier an Entwicklungsstand und Marktverfügbarkeit steht hier oben, das bezieht sich auf diese Zeile. Das heißt, die sensiblen Wärmespeicher haben also die größten Entwicklungsstand, die größte Marktverfügbarkeit der Forschungsbedarf ist am geringsten, wie wir hier sehen und von der Reihenfolge etwas anders als in der Norm. Gerade eben sind dann die latent wärme Speicher die, die vielleicht danach folgen. Forschungsbedarf ist wesentlich größer, aber nicht ganz so groß wie bei den Speichern mit chemischen Reaktionen, die auch im Markt am wenigsten verfügbar sind. sind also dort auch natürlich die Unterlagen, die ich Ihnen zeigen werde, gerade bei den Speichern mit chemischen Reaktionen oder Tentwärmenspeichern oftmals Bilder, die sich aus Forschungsprojekten heraus ableiten, während natürlich bei den Wasserwärmespeichern als sensible Wärmespeicher Eine extreme Marktreife da ist. Da ist eigentlich wirklich Optimierungsbedarf an vielen Stellen nicht mehr da. Trotzdem versucht man als Hersteller sich da irgendwo auch abzuheben und noch das eine oder andere an Neuigkeit dort mit reinzubringen. Gut, mit elektrischen und kinetischen Energien beschäftigen wir uns eigentlich nur am Rand. Ich hatte es gesagt, es gibt ein paar Überschneidungen zu dem, was der Herr Bocklisch macht und das sind im Prinzip die mechanischen Speicher, die hier unter dem Begriff der potenziellen Energie, also Druckluftspeicher beziehungsweise der Pumpspeicherkraftwerke fallen. Alles andere lasse ich hier im Kontext der elektrischen und kinetischen Energie außen vor und das liegt dann im Bereich von dem was das vielleicht als einstieg zu den energiespeicher prinzipien gehen wir mal mit freiversion für non commercial jude schauen uns an wie man speicher definieren kann das könnte man jetzt noch ja auch wieder unabhängig davon hernehmen ob man elektrische oder thermische Energien speichert. Aber Sie sehen an dem Bild, da steht ein Q-Punkt. 0:09:41 Das heißt, wir haben hier die thermischen Speicher im Blick, genauso wie die von mir schon zitiert. Die DIN 2384 und diese Definition, die jetzt kommt, die drei, die kann man jetzt zur Kenntnis nehmen. Oft macht man sich das auch gar nicht so sehr bewusst, aber das sind alles Themen, auf die ich hier und dort auch eingehen werde. Die üblichste Form ist die, die wir hier sehen, nämlich der stationäre Speicher. Das heißt, der Speicher steht ortsfest, ist integriert, angebunden an ein Wärmeversorgungssystem. Und das ist deswegen schon natürlich der Fall, weil oftmals die Beladung, Entladung über zum Beispiel pumpfähige Medien, also Wasser, natürlich die ortsfeste Anwendung erfordern. Die Uhrzeit, die hier dargestellt ist, soll einfach bedeuten, okay, es wird zu verschiedenen Zeiten beladen und entladen und das Ganze ist also eine thermische Speicherung. Nur dazu könnte man sich einen solchen quasi stationären Speicher vorstellen. Auch hier als thermischer Speicher könnten Sie auch wieder fragen, was soll das jetzt hier? 0:10:52 Im Auto haben wir jetzt einen thermischen Speicher, wozu das? Das ist ja üblicherweise elektrischer Speicher für Hybridfahrzeuge. Warum thermischer Speicher? Aber das sind zum Beispiel Speicher, wie man sie findet in Bussen. Gerade in Bussen, die auch elektrisch oder hybrid angetrieben werden und die natürlich eine Aufgabe haben zum Beispiel der Klimatisierung von Fahrzeugen insbesondere wenn es um thermische Speicher geht der Beheizung von Fahrzeugen im Winter und da ist natürlich die Zufuhr von Wärme etwas was zum Beispiel elektrische Energiespeicher die wir für die Mobilität brauchen, belasten. Und es gibt dann auch separate thermische Speicher, die dann an den Endteilbestellen beladen oder ausgetauscht werden, die mit dem Bus mitgeführt werden und dort eine Beheizung zum Beispiel von Bussen ermöglichen. Ansonsten etwas exotisch in der Anwendung, aber zur Abgrenzung vielleicht ganz hilfreich. Was dann eher noch in der Anwendung ist und praxisnäher ist, ist das, was wir hier unten sehen, nämlich der mobile Speicher. Das heißt, Wärmekontainer, die den Transport von Wärme, zum Beispiel Abwärme aus Gewerbe, aus Industrie, ermöglichen und die Versorgung von weit entfernten Abnehmern von dieser Abwärme. 0:12:15 Und das sind halt mobile Speicher. Und insofern sind das also drei Formen, die man hier mal systematisch abgrenzen kann. Und wir haben aber vor allem diesen oberen stationären Speicher im Blick. Das ist der, der für uns natürlich am relevantesten in der Anwendung ist. Festindikiert in bestimmte Systeme. Zu den mobilen Speichern hier unten wird es im Laufe des Semesters auch nochmal ein Beispiel geben. Werde ich Ihnen zeigen. Das hat aber dann vor allem was zu tun mit den thermochemischen und latent speichern. Gut, auch noch bevor wir konkret werden in der Ausführung etwas zur Systematisierung, zur Kategorisierung, nämlich die Frage, wie kann ich wasserwärme Speicher beladen. Es sind hier wasserwärme Speicher in der Form, die wir hier sehen, erkennt man unter anderem an der Umwälzpumpe, die hier die Förderung des Wassers darstellt. Für alle anderen Speicher rechts und links sind diese Pumpen nicht dargestellt. Die sind natürlich notwendig, um hier das Wärmeträger-Medium zu transportieren. mit Freiversion für non-commercial Use. 0:13:37 Wenn wir uns den Volumenstrom des Wärmeträgers anschauen, der muss ja irgendwie transportiert werden und diese Pumpe ist jetzt hier nicht dargestellt, die gibt es aber. Gut. Diese Belademöglichkeiten, die hier dargestellt sind, Belademöglichkeiten deswegen, weil wir sehen, dass das Wärmeträgermedium in den Speicher hinein befördert wird und nicht aus dem Speicher hinaus. Also wenn man davon ausgehen, dass wir hier ein Wärmespeicher vorliegen haben, das heißt wir haben eine Temperaturschichtung oben warm und unten kalt, dann wird also hier Wärmeträger in den Speicher hinein geladen oder hineingeführt. Deswegen ist es hier eine Beladung, eine Entladung ist nicht dargestellt. Das vielleicht noch mal zur Abgrenzung. Aber gut, schauen wir uns mal diese drei Formen an. A, B, C. Von links nach rechts. Wir unterscheiden vielleicht ganz einfach die linke und die rechte Form, nämlich A und C. 0:14:35 Das ist einfach. Deswegen habe ich hier unten in der Legende beim Baudepark das hier geschrieben. Da müssen Sie sich schon mal überlegen, ist das ein direktes oder ein indirektes Beladen. Aber links haben wir A, ein direktes Beladen. C, rechts ein indirektes Beladen und Sie sehen schon der Unterschied zwischen den Beladeformen ist natürlich der Wärmeübertrager und die systemische Trennung bzw. hydraulische Trennung von Speichermedium und Wärmeträgermedium. Also eine wichtige Unterscheidung. Was ist der Unterschied zwischen einem direkt und einem indirekt beladenen oder angeschlossenen Speicher? Erstes Merkmal, wir haben also bei einem direkten Beladen keinen Wärmeübertrager, der notwendig ist, um eine hydraulische Trennung von Speicher- und Wärmeträgermedium vorzusehen. Jetzt können Sie sich fragen, was das für Konsequenzen hat. Die erste Konsequenz ist natürlich logisch. 0:15:31 Wärmeübertrager heißt Gerätigkeit, das heißt über einen Wärmeübertrager habe ich immer eine Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträger und dem Speichermedium. Damit habe ich den Wertungverlust, den ich befürchte, für den Entladen. Und das hat natürlich was zu tun auch mit der exaktetischen Qualität dessen, was ich hier an Speicherbewertung vielleicht bilanzieren kann. Aber dazu kommen wir auch in einer der späteren Vorlesungen nochmal. Ein Vorteil, wenn man so will, oder warum man das sich so mal in Kauf nimmt, diese Gredigkeiten, ist ja gerade die hydraulische Trennung. Das heißt, ich kann mit unterschiedlichen Medien hantieren. Ich kann auch mit unterschiedlichen Drücken hantieren. Das heißt, während wir links bei dem direkten Plan natürlich den Systemdruck im System auch im Speicher drin liegen haben, können wir bei einem indirekten Belagen hier rechts aufgrund der hydraulischen Trennung auch unterschiedliche Drücke im Wärmeträgerkreis und im Speicher selbst aufrechterhalten. Das heißt, die zum Beispiel nicht so korrosiv oder aggressiv sind, auf die Speichermaterialien, die wir einsetzen, zum Beispiel im Blick auf Korrosion von metallischen Speichern wären denkbar. Also es gibt für beides Begründungen und Motivationen, auch der konstruktive Aufwand ist natürlich ein anderer, wie wir sehen. Aber das vielleicht genug der Vorredner an der Stelle. 0:17:12 Die Frage in der Mitte, was haben wir dort, ist das ein direktes oder ein indirektes Beladen? Wir haben beide Elemente eigentlich vorliegen. Aus Sicht des Speichers haben wir hier keinen Wärmeübertrager. Das heißt, wenn wir uns nur den Speicher anschauen, dann geht also das Wärmeträger Medium, mehr dazu wieder nicht, aber es geht ein Zwischenkreis, man will einen Speicherkreis, geht direkt in den Speicher hinein. Das heißt, auch hier haben wir keinen Wärmeübertrager im Speicher selbst, aber wir haben natürlich einen Wärmeübertrager, nur es der in außen liegt. Also insofern ist das aus Sicht des Speichers ein direktes Beladen, aber aus Sicht der gesamten Wärmebilanz und der systemischen Trennung ein indirektes Beladen. Und ja, insofern kann man hier natürlich die Vor- und Nachteile der beiden rechts und links dargestellten Systeme kombinieren, eher die Vorteile und die Nachteile etwas eliminieren. Das heißt Gredigkeiten haben wir natürlich auch hier, aber die sind nicht ganz so groß wie im indirekten Beladen und wir haben auch eine systemische Trennung zwischen Speicher und Darmbeträger Medium. Wir haben eine bessere Schichtung, das werden wir uns gleich anschauen. 0:18:22 Wir haben natürlich einen Hilfsenergieaufwand für die Ladepumpe B und insofern wäre das wichtig, dass sich hier diese drei unterschiedlichen systemischen Anbindungen dann auch noch mal klar machen und natürlich auch wenn es auch ankommt thematisch ausgedrückt auch darzustellen. Das Entladen, um darauf noch mal hinzukommen, ist jetzt hier nicht dargestellt. Das Entladen erfolgt aber in der Regel, also etwas indirekt zu entladen, insbesondere wenn wir das indirekt schon beladen, ist natürlich Irrsinn. Das heißt, zwei Wärmeübertrager zu haben und zweimal eine Quelligkeit zu haben, ist natürlich in irgendeiner Form nicht sinnvoll. Man könnte jetzt auch gerade rechts den Wärmeübertrager auch zum Entladen nutzen, da muss man aber aufwändig aufschalten. Also das entladen in aller Regel direkt ist aber hier nicht dargestellt, dass noch mal entsprechende entladestützen auch vorgesehen sind. Ich bringe jetzt schon gleich mal die Temperaturschichtungen hinein, die man in einem solchen Speicher oder Speichern, das sind jetzt zwei unterschiedliche, beobachten kann. Wenn man jetzt mal die direkte und die indirekte Beladung hier anschaut, dann sind hier mal aufgetragen die Temperaturen auf der x-Achse auf der Ordinate, die Höhe einfach, wenn man den Speicher daneben stellt, dann auch Temperaturschichtungen der Höhe zuzuordnen. 0:19:57 Und hier sehen Sie auch schon mal den Unterschied und die Wirkungen der direkten und indirekten Beladung auf die Temperaturschichtungen innerhalb des Speichers. Wenn wir uns links das Bild mal anschauen, dann haben wir hier eine ganz klare Schichtung. Wir haben dazu gleich noch andere Bilder, aber was wir hier immer sehen ist, ich nehme mal diesen mittleren Verlauf, wenn wir uns diesen Verlauf hier anschauen, da haben wir eine ganz klare Schichtung. Das heißt, oberhalb dieser Kurve hier ist es immer warm und unterhalb dieser Kurve ist es dann entsprechend immer kalt. Und insofern kann ich natürlich an der Stelle auch sagen, dass wenn ich die, jetzt geht es nochmal wegnehmen, dass wenn jetzt die Frage ist, welcher Speicher ist denn jetzt hier vollständig beladen und welcher Speicher ist vollständig entladen, dann ist natürlich klar, dass dieser Speicher den ich hier gerade skizziere, fast entladen ist. Das heißt wir haben nur noch wenig warmes Medium hier oberhalb, während der Speicher den wir hier unten sehen, der ist fast vollständig beladen. Das heißt wir haben nur wenig Medium, nämlich hier unten was noch kühl ist und der Rest des Speichers ist warm. Aber wir haben eine ganz klare Trennung zwischen warmen und kaltem Medium. Hat also was zu tun mit der direkten Beladung. Das heißt, ich schiebe die warme und kalte Zone quasi wie ein Schichten oder wie ein Kolben durch ein Zylinder hindurch. Das was wir rechts sehen, die indirekte Beladung ist Folge eines innenliegenden das heißt die Temperaturschichtungen sind nicht so sehr ausgeprägt. Wir haben also eher eine Mischtemperatur und damit natürlich auch ein Temperaturverlust. Heißt also wenn ich ein Wärmeträgermedium mit der Temperatur Tmax in den Speicher hinein befördere, kann ich die Temperatur auch wieder herausbekommen und nicht ein Medium mit einer lauwarmen Temperatur. Das ist aber leider bei den Wasserwärmespeichern, die indirekt beladen werden, der Fall. Zumindest wenn sie teilbeladen sind, haben wir hier eine ausgeprägte Mischung und damit Temperaturverluste. 0:22:18 Gut, die Höhe ist jetzt hier als relative Höhe dargestellt, h über hmax, deswegen zwischen 0 und 1. Man kann das Ganze auch bei der Temperatur relativ darstellen. Also ich habe jetzt hier mal absolute Temperaturen genommen, Tmin, Tmax. Man kann das natürlich auch relativieren auf zum Beispiel Tmin und dann könnte man das auch als relative Temperatur zwischen 0 und 1 sich darstellen, auch diese formende Darstellung gibt es. So, jetzt haben wir schon ein paar Formen von Speichern kennengelernt. Was gibt es noch für Formen? Jetzt mal eher konstruktiv, die sich aber oftmals auch aus diesen Beladen abgleichen. Hier sind also mal zwei grundsätzliche Unterscheidungen da, nämlich der atmosphärische Speicher und der druckbehaftete Speicher. Der atmosphärische Speicher ist also der Speicher, der hier oben Atmosphärendruck hat und damit natürlich auch bestimmte Beschränkungen in der Temperatur. Das heißt, die Temperaturen des Speichermediums sind damit abhängig vom Atmosphärendruck. Während der Druckbehaftete Speicher natürlich durch Druckbeaufschlagung Hier rot umrandeten Verläufe sind Dämmschichten, Dämmbereiche, die nicht so aussehen müssen, aber so aussehen können, um Wärmeverluste zu reduzieren. 0:23:45 Insofern geht es also hier an der Stelle auch darum, natürlich die Änderungen der inneren Energie zu bilanzieren. Das heißt, die Zugfuhr von außen führt letztlich zur Änderung der im Speicher bevorrateten inneren Energie. Und wie das hier aussieht, das sieht man also an der Stelle. Und insofern muss man natürlich diese beiden Speicher unterscheiden, da natürlich in dem atmosphärischen Speicher mit der Temperaturänderung auch eine Volumenänderung einhergeht, während beim druckbehafteten Speicher das nicht der Fall ist. Das heißt, der druckbehaftete Speicher ist ein Druckbehälter mit einer etwas stärkeren Wandung, deswegen natürlich auch kleiner ausgeführt, während der atmosphärischen Speicher hier aufgrund des geringeren Systemdrucks auch weniger Anforderungen hat an die mechanische Stabilität. Allerdings natürlich die Temperaturänderung zu einer Volumenausdehnung führt und damit auch die innere Energie, die Volumenänderung mit durchsichtigen Muss wiederverspannbar ist. 0:25:09 So, es gibt was Speicher angeht auch verschiedene Volumendefinitionen. Hier mal für einen atmosphärischen Speicher. Diese Volumendefinitionen sind entnommen einer AGV-Richtlinie, die genutzt wird, um die Verluste, die thermischen Verluste von Speichern zu bilanzieren. Das ist in dem Kontext jetzt notwendig, um zum Beispiel die Förderfähigkeit von Speicherinvestitionen qualitativ zu untersetzen. Und da gibt es also bestimmte Volumina und hier sehen sie auch noch mal das sogenannte Expansionsvolumen, was hier aufgeführt ist, was infolge der Temperaturänderung natürlich auftritt. Das heißt, wir müssen bei solchen Speicherkonstruktionen, die eine Volumenänderung des Inhalts mit sich bringen, dieses Expansionsvolumen vorsehen, das heißt Speicher konstruktiv, das heißt auch aufregend vorzusehen und das hat auch was zu tun mit zum Beispiel den Belade- und Entladevorrichtungen, die sich im Speicherland befinden, die dann vielleicht sich mitbewegen oder auch nicht. Und das ist also vielleicht die wichtigste Größe, die man hier vielleicht in dem kontext noch mit aufführen muss was ich aber noch mal gern nutzen will an der stelle ist der verweis auf das was wir unten sehen nämlich die höhe der untersten lade eben auch das eine wichtige größe warum deswegen weil das was wir hier als weiße quadra irgendwie hier sehen ich mach das mal bemerkbar müssen jetzt irgendwie auch sehen also diese weißen Flächen, die wir unten sehen, das ist quasi die Ladeebene. Das heißt, dort kann ein Medium zu oder abgeführt werden und das heißt also auch, dass unterhalb dieser Ladeebene kein Medienaustausch erfolgen kann. Ich gehe an der Sie sehen hier diesen Stutzen, der hier unten, das heißt, wenn wir hier ein Wärmeträgermedium einführen, warmes Medium, dieses Medium im Speicher sich dann ausbreitet und das kalte Medium hier aus dem Speicher herausdrückt, dann ist klar, dass alles das, was hier unten im Speicher angesiedelt ist, natürlich von diesem Durchfluss unberührt bleibt. 0:27:42 Und insofern haben wir dort also ein kaltes Medium, was sich dort ablagert und was auch nicht aus dem Speicher hinaus befördert werden kann, weil es einfach konstruktiv nicht erschlossen wird. Deswegen ist es auch richtig, wo sich diese Stützen hier befinden. Die sollten also möglichst weit unten bzw. der Ladestütze natürlich auch möglichst weit oben sich befinden. Wobei das beim Beladen nicht ganz so schlimm und nicht ganz so wichtig ist, weil warmes Medium sich natürlich nach oben hin ausschichtet und sich nach oben hin ausschichtet aufgrund der Dichte. Aber das untere ist vor allem wichtig, damit wir dort keine zu große kalte Ebene haben, die aber teilweise trotzdem vorteilhaft ist, weil sie natürlich auch eine Wärmedämmende oder eine trennende Funktion übernimmt zur Umgebung, quasi wie eine natürliche Schutzschicht gegen Wärmeverluste einfach auch schützt nach unten Gut, ich habe Ihnen noch mal hier ein paar Bauformen aufgezeigt von Wasserwärmespeichern, die jetzt indirekt beladen werden und direkt entladen, so wie ich das früher schon mal sagte. 0:29:04 Also direkt entladen ist der übliche Fall und das Beladen unterschieden. Das sind also übliche Formen von Speichern, wie sie zum Beispiel in der Trinkwasserinstallation verwendet werden. Hier mal mit einem oder mit zwei Wärmeübertragern. Links haben wir jetzt mal einen klassischen Trinkwasserspeicher, der zum Beispiel von einem Heizkessel beladen wird. Kaltwasser, Warmwasser ist dann Trinkwasser. Das heißt, hier muss man dann immer wieder darauf achten, was haben wir eigentlich für Medium im Speicher. Das ist kein Betriebswasser oder sowas. Das muss also auch hygienisch dann einmal frei beinhaltet werden. Das heißt in Abhängigkeit der Nutzung haben wir hier ganz andere Medien mit besonderen Anforderungen. Aber das ist ein anderes Thema, mit dem wir uns nicht so sehr beschäftigen wollen. Wir wollen es hier eher energetisch uns anschauen. Und rechts haben wir jetzt zwei Wärmeübertrager, sollten Sie auch kennen, natürlich aus der Solartermie, sodass wir hier also über einen Solarkreis und einen Nachhaltskreis beispielsweise die Beladung des Speichers übernehmen können. 0:30:15 Und die Anordnung der Wärmeübertrager hat natürlich auch etwas zu tun mit den Temperaturzonen. Jetzt sehen Sie natürlich auch, dass die Nachhaltszone im unteren Bereich, die Nachhaltszone im oberen Bereich ist, aufgrund der Temperaturschichtung ist natürlich unten eine kleinere Temperatur und eine größere Auskühlung möglich. Was denn solarkreis hilfreich ist? Gut, das sind aus der Sicht erstmal keine grundsätzlichen Neuerungen, aber wenn wir uns das mal weiter anschauen, was es doch noch für Möglichkeiten gibt, die aber gerade der linke Speicher eher selten anzufinden ist und für Sonderanwendungen nur denkbar. Da haben wir also zwei Wärmeübertrager, das wir jetzt mal indirekt beladen und indirekt entladen. Und so haben wir auch einen Wärmeübertrager zur Beladung, der ist natürlich unten und einen Wärmeübertrager zur Entladung, der ist natürlich oben, da wir Wärme im unteren Bereich einbringen. Aufgrund der Temperaturschichtung ist es dort am kühlsten, die Wärme steigt nach oben. Oben ist es am wärmsten. Zwei Mal Gredigkeiten und damit natürlich Temperaturverluste. Das, was hier unten noch dargestellt ist an diesem Speicher, Das ist zur Befüllung und Entleerung des Speichers. 0:31:39 Was man auch findet bei einigen Speicherkonstruktionen ist ein so genannter Beladekamin oder Speicherlanze. Das ist das, was wir hier auf der rechten Seite sehen. Und was hier zu erkennen ist, das ist also hier diese Lanze, die hier so vertikal im Speicher sich befindet. Sie sehen, das warme Medium wird hier unten zugeführt und je nach Temperatur dieses Mediums wird also aufgrund der Dichte Unterschiede das beladene Medium hier in der Lanze nach oben steigen und sich dann an diesen Öffnungen wahlweise im oberen, unteren oder verschiedenen Bereichen in den Speicher hinein gegeben. Und da sind dann entsprechende Klappen, die sich dann natürlich aufgrund der Strömungsrichtungen öffnen und dieser Beladekamin dient also der geschichteten Beladung, so wie es steht. Das wäre dann eine direkte Beladung, aber von der Höhe variabel. Die Entladung ist auch direkt und auch hier sehen sie noch mal das durch entsprechende konstruktive Elemente sie zwar von außen gesehen zum Beispiel hier die Entladung nicht am obersten Punkt haben oder auch hier den zugeführten Kreis des Entlademediums auch nicht am tiefsten Punkt von außen angeordnet haben, aber innerhalb des Speichers wird das konstruktiv so gelöst, dass sie hier zum Beispiel solche Knicke haben oder auch hier im oberen Bereich, in den oberen Bereich hinein dann das Medium entnehmen. Also sie sehen von außen nicht immer, was im Inneren dann tatsächlich konstruktiv auch umgesetzt wird. 0:33:28 Created with free version for non-commercial use. Beladung und Entladung. Ja, was man natürlich dann machen kann, ist sich solche technischen Dokumentationen mal hernehmen von Speichern. Das ist dann hier mal so eine Außenansicht und eine Innenansicht. Das ist jetzt zwar kein echt Bild, sondern eine technische Zeichnung, aber links wäre dann ein Speicher mit diesen verschiedenen Anknüpfungspunkten, so wie man ihn von außen sieht. Das ist die indische Form, die übliche Form eines Speichers und hier haben wir dann bestimmte Anbindungen und wenn sie jetzt vor so einem Speicher stehen und nur diesen Speicher sehen und sehen hier Anschlussmöglichkeiten, dann fragt man sich schon, okay jetzt haben wir hier 1, 2, 3, 4, 5, 6 Anschlussmöglichkeiten, wozu sind die denn da und warum sind die in diesen Höhen hier irgendwie angeordnet und das sieht man dann natürlich, wenn man diese entsprechenden Innenansichten hat und sieht, okay, das kann man jetzt zuordnen. Das ist eine Öffnung des einströmenden, ausströmenden Mediums. Wir haben dann hier eine Öffnung, die ist für die Zirkulationsleitung beziehungsweise eine, die ist dann nur für Kontrollzecker. Gut, also kann man das entsprechend auch zuordnen, aber sie sehen natürlich, dass man da auch unter Umständen ja schnell mal daneben liegen kann, was den Anschluss angeht und dann vielleicht den Speicher auch mal fehlerhaft in System integriert, wenn man nicht aufpasst, was das für Anschlüsse sind. Das versucht man in der Praxis oftmals zu umgehen, indem man diese Anschlüsse auch farbig kodiert mit Rot und Blau und Grün und Violett und damit auch dem Installateur entsprechende Fehler in der Konstruktion oder in der Installation hilft zu vermeiden. Hier hat das rechte Bild, Sie sehen es wieder hier, der Wärmeübertrager ist hier angebunden, Wärmeübertrager austritt, Wärmeübertrager eintritt. Auch hier sehen Sie, von außen her könnte man vermuten, dass der Wärmeübertrager hier in der Höhe endet, macht er aber nicht. Der Wärmeübertrager ist innerhalb des Speichers noch viel tiefer geführt bis in den unteren Bereich hinein, um auch diesen zu erschließen, beziehungsweise um die kühle temperatur die niedrige temperatur ihren vorliegt natürlich zu nutzen um das beladen medium auszukühlen soweit wie möglich auszukühlen ansonsten wäre es ja ein totvolumen was wir unten haben und das ist natürlich nicht sinnvoll dass wir uns totvolumen ins haus holen und dafür auch gleich noch mal geld ausgeben gut es gibt jetzt verschiedene ausprägungen ich habe schon mal gesagt, auch Optimierungen von solchen Speichern. 0:36:29 Ist jetzt hier in dem Bild ein bisschen schlecht zu sehen, aber das, was wir hier links im Bild haben, das ist eine Schnittdarstellung von einer Messe. Da haben wir den Wärmeübertrager gesehen und warum es hier eigentlich geht ist, und Sie sehen es auf dem rechten Bild, dass dieser innenliegende Wärmeübertrager, der verjüngt sich quasi von unten nach oben. Und dieses Verjüngen des Wärmeübertragers hat dann zur Folge, dass das Speichermedium, was sich an diesem Wärmeübertrager erwärmt, natürlich besser aufströmen kann und aufgrund der Temperaturschichtung nach oben strömt, aber an den Wandungen besser vorbei und das sind solche Optimierungen, die man dann gern mal als Speicherhersteller versucht, um einfach B-Lade Leistungsfähigkeit zum Beispiel zu verbessern. Ich habe aber dieses Bild nicht nur deswegen hier drin, sondern ich habe dieses Bild auch deswegen hier, um Ihnen gerade rechts in dieser schönen Strömungsabbildung mal diesen Effekt zu zeigen, was wir am Speicher passiert, wenn wir den Wärmeübertrager mit einem warmen Medium durchfließen lassen. Wie also dann an diesem Wärmeübertrager quasi eine Auftriebsströmung induziert wird. 0:37:52 Und wenn Sie sich erinnern an das Bild vom Anfang, wo ich Ihnen gesagt hatte, dass bei indirekt beladenen Speichern eher eine Temperaturmischung ersichtlich ist innerhalb des Speichers, dann verstehen Sie hier auch warum. Es wird also der Speicherinhalt kräftig durchgewirbelt, dadurch dass die hier in diesem Wärmeübertrager einen Temperaturunterschied und damit ein Wärmeübergang haben. Und damit vermischen sie quasi, sie verquirlen, ohne jetzt mechanisch einzugreifen, einfach durch thermischen Auftrieb den Speicherinhalt und sorgen damit für eine Vergleichmäßigung und Durchmischung der Temperaturen, was allerdings aus Sicht der exergetischen Bilanz und der Temperaturhaltung natürlich nicht so gut ist. So und wenn wir diese Betrachtung noch weiter fortführen. Ich hatte Ihnen ja vorhin gezeigt Speicher mit zwei Wärmeübertragern. Dann sehen wir das hier. Das wäre jetzt ein Speicher mit zwei Wärmeübertragern. Die sind also getrennt. Wir haben also dann hier noch einen oberen Speicher, Wärmeübertrager und Sie sehen, die Anzahl der Anschlüsse ist schon ergeblich gestiegen. Und wir haben also hier noch den zweiten Wärmeübertrager, der hier beladen wird. Vorlauf und Rücklauf des Wärmeträgers und hier unten Vorlauf und Rücklauf des zweiten Wärmeträgers, zum Beispiel des Solartreises. Und wenn wir uns dieses Bild anschauen, dann sehen wir auch, dass hier eine ganze Menge des Speichervolumens auch durch den Wärmeübertrager in Beschlag genommen wird. Das heißt, das effektive Speichervolumen nimmt natürlich dadurch ab. Wenn ich noch mal zurückgehe zu diesem Bild, hier sieht man das ja auch links von außen sieht der Speicher noch halbwegs voluminös aus, aber wenn wir die Einbauung des Wärmeübertragers und auch die Wärmedämmung abziehen, dann bleibt da nicht mehr viel übrig. 0:39:53 Das Volumen, was wir im Speicher dann auch drin haben. So schnell wollte ich jetzt nicht, aber ich habe hier noch ein paar andere Darstellungen. Hier sieht man nochmal diese farblichen Codierungen links an so einem Speicher, so dass man dort also auch weiß, okay, das ist der Anschluss warm und das ist der Anschluss kalt und das ist der Anschluss für eine Zirkulation oder für sonstige Anschlüsse, dass man als Installateur dort also halbwegs auf der sicheren Seite ist. Wir sehen auch hier nochmal in dem mittleren Bild die Temperaturverteilung am Wärmeübertrager. Sie sehen auch diese Konstruktion des Wärmeübertragers, die hier wirklich bis in den unteren Speicherbereich hinein abgeknickt und abgewinkelt ist. Der ist nicht kaputt oder verbogen, sondern es ist bewusst so gemacht, zu machen, um das Belademedium innerhalb des Speichers so weit wie möglich abzukühlen. 0:40:55 Auch wenn der Speicher beladen oder teilbeladen ist, im unteren Bereich des Speichers ist es einfach noch kühl und so kann ich die tiefen Temperaturen da unten ausnützen, um wirklich die Auskühlung des Lademediums zu optimieren. Das sind also Dinge, die man in technischen Unterlagen hier und dort findet. Wärmeübertrag kann verschieden ausgeführt werden, wie ein bivalenter Speicher, also bivalent mit zwei Wärmeübertragern. Und hier haben wir zum Beispiel im oberen Bereich einen Wärmeübertrager, der ist doppelrohrig, während im unteren eher nur mit einem Rohr ausgeführt ist. Das sind einfach Fragen nach der Leistungsfähigkeit, also der Fläche, die uns zur Verfügung steht und damit der Beladezeit und der Beladeleistung. So hier haben wir mal Speicherformen mit solchen Lanzen, in der Form, wie wir es vorhin schon mal gesehen haben, etwas anders ausgeführt, aber man spricht dann auch von einem so genannten Thermosiphon. Das heißt, die Beladung erfolgt dann innerhalb des Thermosiphons. Wir haben hier einen Wärmeübertrager, also indirekt das ganze beladen innerhalb des Thermosiphons. 0:42:14 Steigt dann also das Speichermedium innerhalb dieses Symphons austritt und in das Speichervolumen eintritt und sich dann temperaturabhängig und dichterhängig einlagert und einschichtet. Das, was wir im oberen Bereich noch sehen, das ist dann quasi ein Ersatzheizer, ein Backup-Wärmeübertrager, der dafür Sorge trägt, dass wenn der Speicher nicht ausreichend erwärmt ist, dann noch mal nachgeheizt wird. Um einfach die kultfrustriellen Wasserbedarfe oder Wärmebedarfe zu befriedigen. Der Speicher hier auch wiederum direkt entladen und indirekt beladen. Das direkte entladen, das sehen Sie wieder an den entsprechenden Anschlüssen. haben wir also hier den Kaltanschluss und hier oben dann entsprechend den Warmanschluss zur Entnahme. Auch rechts im Bild wieder erkennbar, das effektive Speichervolumen ist einigermaßen beschränkt aufgrund von Einbauten und aufgrund von Wärmedämmung außenrum. Ja, wenn man einen Speicher hat wie diesen, der direkt beladen und direkt entladen ist, dann sind das oftmals keine klassischen Wasser-Wärme-Speicher, sondern eher Puffer-Speicher. 0:43:54 haben wir hier also ein Speicher, der eher der hydraulischen Trennung dient, der einzelnen Heizkreise rechts und links und damit auch die Möglichkeit bietet, ungleiche Masseströme auf der rechten und linken Seite auszugleichen. Insofern hat er eine Speicherwirkung, aber die liegt hier nicht im Vordergrund dessen. Und das, was wir hier links sehen, das wäre quasi ein Ausschnitt eines, ja vorhin in dem Beispiel war es gewesen, entweder der direkt beladene oder der mit dem externen Wärmeübertrager, ist hier nicht ganz zu erkennen. Man sieht nur hier die Bezeichnung externe Trinkwassererwärmung. Das wäre also dann so ein Speicher, wo der Wärmeübertrager irgendwo extern angeordnet ist, hier nicht dargestellt. Er ist zumindest nicht im Speicher und insofern können wir also hier eine gute Schichtung auch voraussetzen. So und um den Ganzen dann wirklich noch ein Ende zu geben, sehen wir hier nochmal Speicherformen, die gerade was das Rechte angeht, konstruktiv sehr aufwendig sind. Hier haben wir also ein Kombispeicher, wenn man so will. Beides sind Kombispeicher, die verschiedene Funktionen miteinander verbinden, nämlich die Versorgung von verschiedenen Medienkreisen. Vom Beheizen her haben wir rechts wieder den indirekt beladenen mit Wärmeübertragern. Da haben wir zwei Wärmeübertrager, die hier an der Stelle aus dem Sohlkreis und der Nachheizung die Wärme bekommen. Innerhalb des Speichers haben wir Betriebswasser, aber wir sehen, wir können aus dem Speicher, und das ist das, was ich vorhin sagte, natürlich auch Wärme entziehen, um andere Medien zu erwärmen. Wenn hier steht Warmwasser, dann ist damit Trinkwasser gemeint. Das wäre zum Beispiel so eine Motivation, eine indirekte Entladung auch durchzuführen, einfach um die Wasserqualitäten voneinander zu trennen. Das kann ich im Wärmeübertrager tun oder ich kann natürlich auch den Wärmeübertrager als Wandlung ausprägen. 0:46:29 Das ist hier rot, ein bisschen schlecht zu sehen. Vielleicht ändere ich mal die Farbe. Wenn ich hier die Wandlung hernehme, hier dieses innenliegenden Speichers im Austausch steht, also getrenntes Medium. Und die Wärmeübertragung erfolgt hier quasi über diese Trennwand hinweg. Das heißt die Wärme an dieses separierte Medium übertragen. Auch das wäre eine Konstruktionsform. Und so sehen Sie, dass es eine ganz große Vielfalt gibt an Speichermöglichkeiten, an Speicherkonstruktionen und man immer wieder dann in Abhängigkeit der systemischen Notwendigkeiten entscheiden muss, welche Speicherbauarten, was Wasserwärmespeicher angeht, angesehen und insofern kann man sich natürlich jetzt hier mal die Mühe machen, das Wirkprinzip auch noch mal thermodynamisch zu fassen. Dieses Wirkprinzip lautet also, ich hatte es vorhin schon mal gesagt, die Wärmezufuhr ändert die innere Energie und damit die Temperatur des Speichermaterials. Wir haben einen Energiestrom, der zugeführt wird. 0:48:09 Ich zeige mal die Farbe, damit man das besser sehen kann. Also einen Energiestrom, der zugeführt wird, E.zu, einen Energiestrom, der abgeführt wird, E.ab. Und wir haben Verluste, Q.V, das sind Wärmeverluste. Und der Unterschied zwischen E-Punkt und Q-Punkt ist einfach, dass Energiestrom erstmal sehr allgemein hier gefasst ist. Das kann also ein Wärmestrom sein, es kann ein Enthalpiestrom sein, also ein Stoffeintrag bei einem direkt beladenen Speicher. Es könnte eine elektrische Leistung sein, was auch immer. Das ist jetzt unerheblich. In jedem Fall führt diese Bilanz zu einer Änderung der inneren Energie des Speichers ist letztlich eine, die wir berechnen können über die Speichertemperaturen, beziehungsweise umgekehrt, die Änderung der inneren Energie führt zu einer Änderung der Speichertemperatur. Das ist das, was wir hier sehen in der Formel. Wärmekapazität, Dichte und Volumen des Speichers. Deswegen nochmal der Hinweis, das macht diesen Speicher zu einem sensiblen Speicher. 0:49:18 Die Temperaturänderung ist fühlbar. So für einen Speicher in der Betriebsbereitschaft, das heißt der Speicher steht einfach nur da vor sich hin. Er wird nicht beladen und er wird nicht entladen. Gilt, dass die Energieströme null sind. Deswegen betriebsbereit, aber beladen, entladen, nicht mehr, deswegen ist er null. Das heißt, die Speicherverluste sind die einzigen Wärmeströme, die hier an der Stelle zu einer Änderung der inneren Energie beitragen. so dass die Speicherverluste die innere Energie mindern, deswegen das negative Vorzeichen. So die Speicherverluste selbst kann ich bilanzieren. Das sind im Wesentlichen Speicherverluste, die aus der Fülle des Speichers bilanziert werden. K mal A0 ist also der Wärmedurchgang und die Oberfläche des Speichers. Der Klammerausdruck ist die Temperaturdifferenz, Speichermedium zur Umgebungstemperatur und das ganze über die Zeit integriert. Wenn wir noch mal eine Übertemperaturdefinition einführen, das heißt der Klammerausdruck Theta Speicher minus Theta U ist die Übertemperatur Theta Ü, dann kann man hier an der Stelle diese beiden Bilanzen, die wir hier haben, nämlich einerseits die innere Energie hier oben, andererseits die Verluste hier unten in diese Formel hier eintragen, etwas umstellen und wir erhalten die Formel, die hier unten steht und könnten dann natürlich den zeitlichen Verlauf der Übertemperatur ausrechnen oder so wie es hier gemacht ist auch die Übertemperatur an einem Endzustand ausgehen von einem Anfangszustand über eine gewisse Zeit, so dass man hier den zeitlichen Verlauf nicht, aber die Änderung der Temperatur sich visualisiert. Das ist ein exponentieller Vorgang, das heißt die Temperatur fällt exponentiell über die Zeit ab und da kann man sich natürlich anschauen wie groß sind beispielsweise die Verluste eines Speichers wenn er eine gewisse Zeit steht und auskühlt. Dieses A0 zu Vsp, das ist die spezifische Oberfläche, das heißt Quadratmeter Oberfläche bezogen auf das Volumen in der Einheit 1 durch Meter. 0:52:06 Und das ist natürlich eine charakteristische Größe. Wie Sie hier sehen, das heißt je größer diese spezifische Oberfläche ist, also je größer A0 zu Vsp, umso größer ist die Speicheroberfläche. Das heißt um einen Speicher möglichst effizient, also mit wenig Speicherverlusten oder wenig Temperaturverlusten in dem Fall zu haben und zu bekommen, brauche ich also Speicher, die bezogen auf das Volumen eine möglichst kleine Oberfläche haben. Und das ist die Aufgabe des Konstrukteurs, Speichervolumina vorzuhalten, die notwendig sind für die Versorgungsaufgabe, aber diese Speichervolumina in eine möglichst kleine Oberfläche zu packen. Ich könnte natürlich auch den anderen Weg gehen und sagen, gut ich mache das mit dem Wärmedurchgangs-Koeffizienten K, also dämme ihn entsprechend dick und reduziere damit die Verluste, aber das nimmt natürlich wieder oder erfordert Kosten und das geht zulasten des Bauraums, des Aufstellraumes, der wird entsprechend größer. Also wichtige Aufgabe Speicherformen zu finden, kleine Oberfläche zu dem gegebenen Volumen. 0:53:19 Jetzt wissen wir alle, dass natürlich die Kugel hat im Verhältnis zum Volumen die kleinste Oberfläche, aber eine Kugelform mit einem Speicher zu bauen, ist natürlich irgendwie auch nicht ganz hilfreich. Der würde ihn wegkugeln und wäre nicht stabil und konstruktiv, überhaupt alles sehr aufwendig. Aber gut, kommen wir dazu vielleicht später nochmal oder gleich. Ich habe hier erstmal mal ein paar Materialien auch aufgeführt für die Speicherung von solchen sensiblen Speichern. Wir werden uns hier natürlich im Laufe des Semesters auch mit Festkörperspeichern beschäftigen, die wir hier sehen. Was momentan für uns eigentlich jetzt heute interessant ist, ist das Wasser. Das Wasser sehen Sie hier unten, zweitens von unten unter dem Begriff andere Stoffe. Da haben wir also die entsprechenden Eigenschaften. Ja und warum auch nochmal mit Wasser wir uns beschäftigen, ist natürlich klar. Sie sehen es in der rechten Spalte, mit Freiversion für Non-Commercial Use. 0:54:25 Sie könnten keine anderen Speichermaterialien, die ähnlich große Wärmekapazitäten aufweisen, wie das Wasser. Von daher haben wir hier natürlich einen vorteilhaften Speicher. Nicht nur, dass Wasser verfügbar ist, kostengünstig ist, umweltfreundlich ist, es hat, wie gesagt, auch thermodynamisch extrem gute Eigenschaften. Jetzt können wir natürlich hingehen, aber das werden wir uns später nochmal anschauen. Ich sage es aber trotzdem nochmal, auch die anderen Stoffe, die wir hier sehen, haben natürlich ihre Vorteile. Dort haben wir vor allem den Vorteil, dass wir größere Temperaturänderungen durchführen können als beim Wasser. Deswegen ist es vielleicht nicht ganz so schlimm, wenn das OTP nicht ganz so groß ist, hier als volumenspezifische Wärmekapazität. Gut, aber kommen wir mal zurück zum Thema Oberfläche versus Volumenverhältnis. Ich habe das hier mal aufgetragen für einen zylinderischen. Die Speicher, die wir uns angeschaut hatten, das sind alles zylinderische Speicher gewesen. 0:55:34 Ist natürlich fertigungstechnisch einfacher. Der Speicher steht auf dem Boden und hat natürlich konstruktiv Vorteile. Und wenn man sich mal hier anschaut, das A zu V Verhältnis in 1 durch Meter für verschiedene Höhen zu Durchmesser Verhältnisse, dann sehen wir also hier, dass es A zu V Verhältnisse gibt, die bei extrem langen und schlanken Speichern auch ungünstig sind. Das heißt, wenn wir uns hier im vorderen Bereich bewegen, dann haben wir hier also ein sehr großes Verhältnis von A zu V. Wir werden also keine langen und schlanken Speicher bauen, die hoch sind, aber einen gewingenden Durchmesser haben. Wir müssen auch keine, Quatsch nicht andersrum. HCD ist klein, also die flach sind. Wir werden auch keine Speicher bauen müssen, die extrem hoch sind. Also die eine hohe Höhe haben gegenüber dem Durchmesser, weil auch das keine wesentlichen Verbesserungen mehr bringt. Und wenn man sich diese Kurvenverläufe anschaut, dann könnte man vielleicht sagen, okay HCD gleich 1. zum Beispiel hier oder hz 0,5 geht irgendwie auch noch aber irgendwie in dem bereich das heißt höhe zu durchmesser etwa gleich groß das könnte man als ein grenzfall ansehen ansonsten eher in richtung höher größer als Durchmesser wie HCD 1,5. Das führt nochmal zu einer Verbesserung. Aber wir bauen keine flachen oder vielleicht können wir auch sagen liegende Speicher. Das heißt Höhe zu Durchmesser ist klein. Das wäre erst ein flacher liegender Speicher, sondern wir bauen eher durchschnittlich ausstehende Speicher, die mit leicht größeren Höhe als der Durchmesser oder gerne deutlich höheren höher als den durchmesser ausgestattet sind einfach um das a zu v verhältnis zu verringern und der parameter der eingesetzt ist die durchmesser selbst dass wir hier natürlich auch mal sehen wenn wir hcd verhältnisse haben die groß sind dann bitteschön aber auch den durchmesser groß machen weil wenn wir keine durchmesser haben sie sehen wir hier den Durchmesser ein Meter im Verhältnis zu den anderen Durchmessern bis zu 25 Metern, dass auch lange schlanke Speicher eher ungünstig im ACV-Verhältnis sind. Wir könnten das Ganze auch umdrehen und den Durchmesser hier als Eingangsgröße haben auf der x-Achse und das H zu D Verhältnis als Parameter. Hier sieht man das nicht ganz so gut, aber auch hier sehen Sie, dass der Durchmesser möglichst groß sein sollte und dass das H zu D Verhältnis eher in Richtung Kurz oder Löse ist. So kann man dann die Speicher entsprechend auch konstruieren. 0:58:42 So, das sind noch ein paar Aspekte gewesen zum Thema Bereitschaftsverluste. Und wenn man diese Bereitschaftsverluste dann aufträgt. Hier mal getan in einem solchen Diagramm. Die Achsen sind jetzt an der Stelle mit x und y bezeichnet. x und y steht eine Legende drin. Ist einmal der Bereitschaftsverlust bezogen auf den Speicherinhalt und andere ist der Warmassaspeicherinhalt, dann sehen wir auch hier bezogen auf den Warmassaspeicherinhalt sollten die Speicher also möglichst groß sein. Je größer das Volumen, umso geringer ist der volumenbezogene Bereitschafts-Wärmeverlust. Heißt nicht, dass er absolut kleiner ist, sondern nur bezogen auf den Speicherinhalt klein ist. Also deswegen bitte nicht so viele kleine Speicher bauen, sondern eher große Speicher bauen. Die Verluste sind einfach vorteilhafter und wie die Speicher auszusehen haben, HCD und Durchmesser. Was diese Bereitschafts-Wärmeverluste angeht, gibt es noch ein paar andere Systematiken, auf die ich jetzt nicht weiter eingehen will und eingehen kann, aber hier zum Beispiel im Kontext auch von Effizienz-Labeln und Effizienz-Klassen gibt es solche SpeicherGruppierungen, wenn sie mal so ein Speicher vor allem im kleinen Bereich, Sie sehen es hier bis zu 500 Liter, sich mal vornehmen und damit auch mal zu tun haben, dann gibt es solche Speicherlabel, die wir auch aus anderen Bereichen kennen, in denen dann auch Speichereffizienzen gelebelt werden. 1:00:15 So, neben den Verlusten, die wir uns gerade angeschaut haben, die über die Oberfläche bilanziert werden als Wärmeverluste gibt es natürlich noch andere Verlusteffekte, so genannte innere Verluste. Es gibt auch noch ein paar andere äußere Verluste als nur über die Oberfläche. Da sehen Sie auf diesen Bildern hier mal dargestellt. Meine Bitte einfach sich diese Verluste mal anzusehen. Das Ganze auch zu merken ist also extrem wichtig zu wissen was gibt es für Verlustquellen, damit man dann natürlich auch konstruktiv gegenwirken kann an diesen Verlusten. So der bekannteste Verlust ist sicherlich der äußere Verlust, den wir jetzt schon uns angesehen haben. Der äußere Verlust ist also der, den wir hier auf der rechten Seite sehen, diese Pfeile. Das heißt, wir haben eine Wärmeabgabe nach außen. Wir haben aber auch Wärmeabgaben, die nicht zu vernachlässigen sind, die an den Anbindeleitungen vonstatten gehen, sowohl was die Entladung als auch die Beladung angeht. 1:01:24 Wir haben Mikrokonvektionen an diesen Anschlussleitungen. Wir haben auch konstruktiv zum Beispiel Füße, die angebaut sind, um den Speicher aufzustellen. sind natürlich im Sinne von Wärmebrücken beispielsweise wirksam und verursachen Verluste. Innere Verluste, die wir haben, entstehen vor allem durch zum Beispiel Fallströmungen an der Wand. Das heißt dadurch, dass wir Wärmeverluste haben außen an der Wand, ist natürlich das Medium, was an der Wand direkt angekoppelt ist, der Gefahrenhausgesetz sich auszukühlen. Wenn es sich auskühlt, dann kommt es also hier zu solchen Fallströmungen und diese Fallströmungen führen dazu, dass es dann hier auch zu Zirkulationen kommt. Ich zeige Ihnen gleich noch so ein Bild und das bringt natürlich auch Unruhe in den Speicher hinein. Gut, das Thema konstruktive Ausbildung der Ein- und Ausströmvorrichtungen ist auch immer wichtig. Wir sehen hier auf dem linken Bild diesen weißen Pfeil, der hier darstellen soll, dass es hier zu Vermischungen, Verwirbelungen kommt, die jetzt nicht Folge sind von diesen vertikalen Leitungen, sondern das sind einfach Verwirbelungen an den Einund Auslässen, das heißt mit welchen Impulsen beispielsweise, jetzt ist es zwar eine Entladung, nehmen wir mal den Beladezustand. 1:02:58 Wir können auch das Entladen nehmen. Beim Entladen wird ja kaltes Medium hier unten zugeführt in den Speicher hinein und warmes Medium hier oben entnommen. Das wäre jetzt beim Entladen der Fall. Und wenn wir jetzt mit einem zu großen Impuls beispielsweise das Medium in den Speicher hineinbringen, das kalte Medium. Und kann natürlich sein, dass dieses kalte Medium hier durchschlägt und bis in den oberen warmen Bereich hinein auch zu einer Durchmischung führt und damit wiederum zu einem Exergieverlust. Und damit diese Schichtung, die wir da drin haben, natürlich auch stört. Hier sehen wir das mal in einem solchen Bild, wie so eine Pfeilströmung wirksam ist und welche Konvektionswirbel daraus entstehen. Also an der Wandung, Abkühlung des Mediums, herunterfallen im sprichwörtlichen Sinne auf den Boden. Also es bringt alles Unruhe in diesen Speicher hinein, führt zu Vermischungen und bricht auch diese klaren Temperaturtrennungen zwischen warm und kalt im Bereich dann mal wieder auf. So etwas kann man sich wunderbar auch visualisieren und anschauen. Gut, teilweise Bereiche oder teilweise Bilder, die Sie vielleicht aus anderen Vorlesungen kennen, ist nur noch aus der Wärmeversorgung, aus der Solarthermie, je nachdem ob Sie die auch belegt haben. Aber hier nochmal Hinweise auch auf die Verluste, die in seinem solchen Speicher auftreten können. Haben wir also noch mal hier zusammengefasst. 1:04:28 Wir haben also Wärmeverluste an die Umgebung über die äußere Wandung. Wir haben, das sind die, die wir hier haben. Wir haben dann Leitungsverluste innerhalb des Mediums. Ich mach mal eine andere Farbe, damit wir das besser sehen. Wir haben Leitungsverluste, hier ist ein bisschen verhakt, Leitungsverluste von Waren, Verhalten, wir haben Verluste die aufgrund von stofflichen Vermischungen passieren, wie hier an der Stelle und wir haben natürlich auch die Gefahr einer Inversion. Die Inversion vielleicht nur so viel, Sie sehen es hier, das Einlagern von Medien mit mit falscher Temperatur, also hier zum Beispiel dieser blaue Fleck im oberen Bereich, hat einfach damit zu tun, dass wir hier beim Beladen in diesen Speicher aus der Anbindeleitung heraus kaltes Medium in den Speicher hineindrücken und damit natürlich Medium einlagern, was dort nicht hingehört, was dann Wärme aufnimmt aus der Umgebung des Speicher. 1:05:42 Am Ende geht es bei solchen Speichern, gerade bei großen Speichern, ja auch darum, diese Mischzone möglichst klein zu halten. Hier links sehen wir das in diesem Bild, diese Mischzone als Trennzone zwischen warm und kalt. Die sollte ja möglichst klein sein. So, was die Wärmeverluste angeht, haben wir jetzt eine ganze Menge diskutiert. Ich greife noch mal das auf, was ich am Anfang schon mal genutzt habe als Aufhänger, nämlich die AGB-Richtlinie FW315, die sich mit der Berechnung von Wärmeverlusten beschäftigt. Und die bilanziert jetzt quasi diese äußeren Verluste über den Mantel, über den Deckel des Speichers, über das Fundament des Speichers. Ich will das jetzt an der Stelle nicht weiter vertiefen. Das sind einfach auch grundlegende Gleichungen, die sie aus der Wärmeübertragung, aus der Physik meines Weges auch kennen. Die will ich jetzt hier an der Stelle nicht weiter aufführen, wie man die Wärmeverluste über zylindrische Oberfläche oder Deckel berechnet. Das sind Grundlagen, die man am Ende zu stellen hat, ist, wie dick muss die Wärmedämmung sein? Hier steht zwar Isolation, das ist nicht ganz so schönes Wort, aber das ist mal der Richtlinie entnommen, weil eine Isolation ja eher mal etwas ist, was wir im elektrischen Bereich finden. Ein Kabel ist isoliert, aber Speicher ist wärmegedämmt. Aber die Frage ist, wie dick muss diese Wärmedämmung überhaupt notwendig und wenn wir uns dann mal den das detail anschauen was wir hier rechts sehen das ist dann die bodenplatte die wir haben dieses detail ist dann schon sofern einfach ganz fluss ganz ausschlussreich, weil wir hier sehen, dass wir im Erdreich oder ans Erdreich hinein keine vollständige Dämmung haben, sondern was wir haben ist eigentlich nur ein Randdämmstreifen, der ins Erdreich hineinragt. Das heißt, der obere Teil hier ist noch ein Teil Dämmung, der Speicher, also Speichermantel. Aber wir haben unterhalb der Bodenplatte hier keine Dämmung. Das heißt der Speicherinhalt, Wasser, grenzt an den Speicher, also üblich bei Stahlblech. Wir haben dann die Bodenplatte in verschiedenen Aufbauten und dann haben wir direkt das Erdreich unten drunter. Also keine Dämmung. Auch das hat natürlich was zu tun mit Standfestigkeit, hat was zu tun mit Kosten und wenn man so etwas berechnen will, dann könnte man sich beispielsweise mal bedienen einer, ich sag mal Krücke, einer Analogie, nämlich den Wärmeverlusten von Gebäuden, die nicht unterkellert sind. Also Gebäude, die beispielsweise auf der Oberfläche stehen und die Frage ist, welche Wärmeverluste haben solche Gebäude. 1:08:53 Da gibt es eine Richtlinie, die IGINI N ISO 13370 und letztlich ist der Wärmeverlust von innen an die Umgebung, wie man das jetzt hier sich so vorstellt. Und wenn ich jetzt hier natürlich einen Randdämmstreifen einbaue, der diesen Wärmeverlust behindert, dann sehen sie auch warum das ausreichend ist, um hier einfach den Wärmefluss zu unterbrechen. So und diese Wärmedurchgangseigenschaften, die kann man mit Formeln berechnen. Die Herleitung ist jetzt irrelevant und sind einfach in der Norm auch als empirische Formeln hinterlegt und hier nochmal aufgeführt. Ich denke in der Übungen wird darauf noch mal Bezug genommen und wenn sie sich dann fragen, wo kommt eigentlich dieser U-Wert her und warum nimmt man diesen, dann sehen sie hier einfach den Bezug dazu, nämlich diese Analogie des Wärmeverlustes über die Bodenplatte eines Hauses. Ja, um jetzt noch mal Ihnen auch klar zu machen, wie so ein Speicher be- und entladen wirkt. Hier vielleicht das Entladen. 1:10:05 Aufnahme ist jetzt nicht animiert, sondern es sind einfach nur drei Plots. Und das grüne ist, ja man so will, das Medium, was in den Speicher hineingedrückt wird beim Entladen. Das heißt, wir entladen den hellen durchsichtigen Teil des Speichers. Der Speicher ist ja aus Plexiglas und das grüne Medium zeigt im Prinzip im Kalten Teil. Insofern wird vom Ausgangszustand beginnend das helle Medium hier aus diesem Speicher herausgedrückt nach oben hin. Und es wird das grüne Medium in den Speicher hineingedrückt, also entladen der speicher und sie sehen diese schöne klare kolben strömung die hier einfach während des gesamten bilder entladen aufrechterhalten wird ja und wie lange das dauert ob jetzt zehn minuten oder eine stunde oder was eine minute hat natürlich zu tun mit welchen volumen strom ich das ganze entlang mit früh version für non commercial use ich kann den volumen strom Strom nicht beliebig groß machen, weil ansonsten der Impuls des Eintrittes zu großes und das zu Störungen dieser Schichtung führen würde. Aber so sieht das eigentlich im Speicher aus. Wir sehen es auch warum ein direkt entladener Speicher natürlich derart große Vorteile hat, was die Temperaturnutzung des Speicherinhalts angeht. So zur Temperaturschichtung, die wir hier gerade schon mal gesehen haben. Hier mal eine veränderliche Temperaturschichtung aus einem Messaufbau. Hier haben wir jetzt mal einen größeren Speicher. Sie sehen es an der x-Achse, an der zweiten Achse vielmehr. Die Höhe des Speichers 35 Meter, die Temperaturen bis zu 90 Grad und hier haben wir jetzt mal einen variablen Speicherinhalt, der speichert also beladen oder entladen an verschiedenen Stellen, eher tendenziert entladen, manchmal auch wieder beladen. 1:12:11 Das warmen vom kalten Speichervolumen und das ist also wirklich Aufgabe, diese Trennung so wissensicher zu stellen. Es nützt mir nichts, wenn ich jetzt hier mittel 75 Grad im Speicherton hätte. Wenn ich 90 Grad haben will, dann 90 Grad auch belade. Insofern kommt also an den direkt beladen Speichern oftmals kein Weg dran vorbei. So und um das Ganze jetzt nochmal fortzuführen, haben wir hier nochmal die Entladekurven eines Schichtenspeichers, eines direkt entladenen Speichers. Das sind also typische Entladekurven, wie wir sie bei solchen Speicher finden. Das heißt, wenn Sie über die Höhe des Speichers Temperatursensoren platzieren würden und diese Temperatursensoren dann auslesen, dann würden Sie solche Signalkurven erkennen. Das heißt, das Speicher mit frühen für einen kommerziellen unverzüglich ist alle Farben drin schwierig ich versuche trotzdem mal vielleicht was ja eigentlich egal nämlich mal was Sie haben also hier oben relativ konstante Temperaturen der Speichersensoren und immer dann, wenn der Speicher zu einer gewissen Höhe entladen ist und quasi diese Mischzone an dem Speichersensor vorbei rauscht, dann fallen also diese Temperatursensoren ab. Sie sehen, dass das relativ schnell geht. 1:13:58 Damit sehen Sie natürlich auch, dass diese Mischzone nicht sehr ausgeprägt ist, sondern wirklich schnell als Temperaturprofil da vorbeigeht. Und so sehen Sie natürlich auch, dass die Speicher dann entsprechend entladen sind und Sie könnten dann auf den Beladung- und Entladezustand eine Speicher-Aktivität mit Freiversion für non-commercial use. Da die Sensoren wieder teurer sind, beziehungsweise Aufwand betreibt, deutend zum Auslesen, finden Sie natürlich in Speichern nicht unbedingt so viele Sensoren, wie hier dargestellt. Also oftmals haben Sie nur ein oder zwei Sensoren, um minimalen und maximalen Ladezustand zu erkennen. Dazwischen interessiert es sich gar nicht so sehr. Aber so sehen quasi Temperaturkurven aus. Sie könnten jetzt dieses Diagramm auch um 90 Grad drehen. Wenn Sie dieses Diagramm um 90 Grad drehen, also die Temperatur auf der x-Achse haben und das normierte Speicherintegral auf der y-Achse, dann hätten Sie quasi das Diagramm, was ich am Anfang Ihnen gezeigt habe, mit der Temperaturschichtung. Und ob Sie da jetzt immer eine relative Höhe auftragen oder ein normiertes Speicherintegral, Volumintegral, ist egal, weil die Querschnittsfläche des Speichers ist ja über die Höhe konstant. So, um jetzt sich nochmal solche Speicher zu be- und entladen gibt es verschiedene Möglichkeiten. 1:15:18 Man kann das jetzt mal untersuchen. Hier ist das mal untersucht worden für verschiedene Varianten. Im einfachsten Fall, das sind die Speicher die ich ganz am Anfang Ihnen gezeigt habe, haben wir also Speicher die einen beladen und einen Ausströmanschluss haben, die idealerweise so weit wie möglich oben und so weit wie möglich unten angeordnet sind. Si