Thermische Speicher: Im Winter mit Sommerwärme heizen

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Thermische Speicher machen es bereits möglich, die Wärme des Sommers im Winter zum Heizen zu nutzen. Forscher der Hochschule Luzern wollten nun wissen, wie man die Investitionskosten reduzieren kann, damit solche Speicher breitere Anwendung finden.

Grafik prozentualer Energieverbrauch Schweiz
Quelle: 
BFE, zvg

Grafik zum prozentualen Energieverbrauch der Schweiz.

 

Wärme ist vor allem im Sommer verfügbar, und dies umso mehr, je stärker sich das Klima verändert. Im Winter falle der Bedarf nach Wärme jedoch deutlich höher aus, schreibt die Hochschule Luzern (HSLU) in einer Mitteilung. Mittels thermischer Speicher lässt sich die Sommerwärme in den Winter übertragen, so dass Wohnungen in der kalten Jahreszeit ohne fossile Energie warm gehalten werden können.

Solche Speicher sind in der Schweiz auch bereits in mehreren Mehrfamilienhäusern im Einsatz. Im Rahmen des Projekts «OPTSAIS» untersuchte die Hochschule Luzern unter welchen Rahmenbedingungen saisonale Speicher in Kombination mit thermischen Solarkollektoren eine breitere Verwendung finden könnten. Unterstützt wurde das Projekt durch das Bundesamt für Energie (BFE).

Weil die Hälfte des Schweizer Energieverbrauchs auf Wärme entfällt, mache das saisonale Speichern Sinn. Saisonale Wärmespeicher würden in Zukunft für die Dekarbonisierung des Wärmesektors an Bedeutung gewinnen und dabei helfen, Stromlücken im Winter zu schliessen, wird Projektleiter Willy Villasmil vom Institut für Maschinen- und Energietechnik der HSLU im Communiqué zitiert.

Hohe Kosten, viel Platzbedarf

Laut Willy Villasmil denken die meisten Menschen bei «Energiewende und nachhaltige Energieversorgung» nur an Strom und elektrische Batterien als Energiespeicher und weniger an Wärme oder Wärmespeicher. So stosse die langfristige Speicherung von Wärme immer noch auf Skepsis. Die Hauptgründe dafür führt der Projektleiter auf die relativ hohen Investitionskosten und den Platzbedarf zurück.

Das Team der Hochschule Luzern spielte mit Hilfe eines eigens dafür entwickelten Computer-Simulationsmodells verschiedene Optionen durch. Die Forscher wollten wissen:

  • Mit welchen Regelstrategien soll der Speicher optimal be- und entladen werden?
  • Welches Verhältnis zwischen Solarkollektorfläche und Speichervolumen führt zu den geringsten Kosten?
  • Wie verhalten sich die Investitionskosten eines erdvergrabenen Wärmespeichers im Vergleich zu einem im Gebäude installierten Speicher?
  • Welche alternativen Dämmmaterialien könnten verwendet werden, um Platz und Kosten zu sparen?

Zur Beantwortung dieser Fragen untersuchten die Forscher Immobilien in Zürich, mit relativ hohen Immobilienpreisen, und ausserhalb von Bern. Beide Referenz-Gebäude beziehen ihre Wärme für die Bereitstellung von Raumwärme und Brauchwarmwasser zu 100 Prozent aus der durch die Solarkollektoren gewonnenen Solarwärme. Die Speicherung der Wärme geschieht mit Hilfe von Wasser, das im Sommer auf 90 Grad Celsius erhitzt wird.

Grafik Position der Wärmespeicher
Quelle: 
zvg

Grafik zu den zwei möglichen Positionen eines Wärmespeichers.

Regelstrategie eignet sich am besten

Aus den Untersuchungen ging hervor, dass sich zum Beladen des thermischen Energiespeichers eine Regelstrategie am besten eignet. Darin weisen die thermischen Kollektoren einen geringen Durchfluss auf, was dazu führt, dass die durch den Kollektor fliessende Flüssigkeit auf höhere Temperaturen erhitzt werden kann.

Bei solchen Warmwasserspeichern seien vor allem die Energiereserven im oberen Bereich des Tanks kritisch, wo die höchsten Temperaturen herrschen. Diese sind laut Willy Villasmil entscheidend, um die hygienischen Anforderungen bei der Aufbereitung von Brauchwarmwasser zu erfüllen.

Einbau günstiger als Aufrüstung

Die Studie habe ausserdem gezeigt, dass der Einbau eines saisonalen Speichers in einem neuen Gebäude deutlich günstiger ist, als eine nachträgliche Aufrüstung mit Umbaukosten. Durch die Verwendung von neuartigen Dämmmaterialien anstelle von konventioneller Glaswolle, beansprucht der Speicher zudem weniger Volumen, was die Kosten senkt.

Vakuumisolierte Wärmespeicher

Bei einer nachträglichen Aufrüstung seien die sogenannten vakuumisolierten Wärmespeicher am attraktivsten. Denn solche Tanks können in der Nähe des Gebäudes vergraben werden und beanspruchen damit keine Wohnfläche. Damit gehe zwar etwas mehr Wärme ungenutzt verloren, die Kosten könnten aber auch tiefer gehalten werden. Die Wärmespeichertechnologien für die Energiewende sind heute also bereits vorhanden, die Umsetzung ist laut Villasmil aber eine Frage des Willens. (mgt/pb)

Die Mitteilung der Hochschule Luzern kann hier nachgelesen werden.