Deutsche Version  ACT
Physical Storage
BMWi
Huge water tanks for buildings 1.7.2016

Biggest solar heated house in europe. Equipped with a Sirch-Vacutherm heat tank.
© Sirch Tankbau

Hot water storage tank

Scientists develop a new type of hot water tanks with volumes between 5 to 100 m³ for outdoor use. The specific costs shall reach from 750 to 900 €/m³. Additionally the thermal ability of the tanks will be improved significantly by adding a combination of innovative concepts.

Project status Project completed
Type of storage Sensible heat storage
Storage construction steel, outdoor use
Components for charching and discharching stratification system
Temperature type low-temperature heat
Storage/Charging direct
Storage time medium (weeks to months)
Number of cycles depends on the system: several times a day (e.g. process-heat) until 1x per year (solar-house)
Charging temperature 5 °C (cold) to 95 °C (heat)
Discharge temperature 5 °C - 95 °C
Storage capacity < 7,3MWh
Energy storage density < 104KWh/m³
Project duration January 2013 until December 2015

The focus of the development lies upon reducing external and internal losses as far as possible. External losses are losses through the outer hull. These should be reduced down to 20% compared to a conventionally insulated tank by using high efficient insulation materials and techniques. To reach this goal, the technologies of "vacuum insulation" and "transparent insulation" will be analysed and adapted.

Reducing the costs

A series of vacuum-insulated water tanks will be analysed regarding the optimising potentials. Innovative Insulation materials as well as production techniques should effectively reduce the costs of fabrication.

A highly efficient system of alternative materials should be developed for the insulation. This should reduce the prize of the tank (prize of material, production and increase lifetime). A "transparent insulation" has to be analysed that supports the insulation effect additionally.

Working plan

  • Until 01.2014: pilot survey of different insulation systems
  • Until 05. 2014: pilot survey of different stratification systems
  • Until 09.2014: planning, construction and fabrication of a prototype
  • Until 12.2014: implementing the prototype
  • Until 04.2015: testing and analysis of the prototype
  • Until 07.2015: optimizing this prototype
  • Until 12.2015: testing and analysis of optimized prototype and development of simulation-models and documentation

Investigations in insulation and materials

A highly efficient system of alternative materials should be developed. Therefore the ITW creates a sample carrier that will be produced by Fa Sirch. It will be used in the already existing measuring device.

The construction of the tank should be optimized to minimize the passive heat-losses. In cooperation with the ITW material usage and thermal bridges will be optimized. Evaluation models will be provided by Fa Sirch.

Development of a stratification system

A adequate stratification system should be identified/developed for these highly efficient heat-storage-systems. Fa Sirch will identify and test salable stratification-systems. As far as these systems can be sourced (Patents, manufacturer independency) up to 3 different systems will be made available and tested by the ITW.

Checkup of the economics

The checkup of the economics of all development steps by Fa Sirch will prove the marketability.
The simulation of systems with big heat storage tanks will be improved. The ITW will use the knowledge out of this project to optimize a calculation model for the simulation of future systems.

Transparente Wärmedämmung

Für die Untersuchung transparenter Wärmedämmung wurde ein Außenprüfstand mit fünf Versuchsträgern errichtet. Diese dienten zur vergleichenden Messung des thermischen Verhaltens unterschiedlicher Strukturen transparenter Wärmedämmungen und der erzielbaren Temperatur der transparenten Wärmedämmung im Tagesgang.

Unter Berücksichtigung anwendungs- und fertigungsrelevanter Aspekte identifizierten die Forscher gebogene Glassegmente in Verbindung mit einer schwarzen absorbierenden Oberfläche des Speichermantels als geeignetste Lösung. Diese stellen einen Kompromiss zwischen Langzeit- und Temperaturbeständigkeit, Kosten und erwarteter Fähigkeit zur Reduktion der Speicherwärmeverluste dar.

Funktionsmuster im Technikums- und Realmaßstab

An drei Speichern im Technikumsmaßstab mit einem Wasservolumen von 1,5 m3 erprobten die Wissenschaftler die Dämmstoffbefüllung und Evakuierung. Dabei zeigte eine Dämmstoffbefüllung mit einem Zyklonabscheider vielversprechende Ergebnisse. Zur Beschleunigung der Evakuierung eignete sich sowohl ein Aufheizen des Dämmvolumens bei gleichzeitigem Anschluss und Betrieb einer Vakuumpumpe, als auch der Einsatz einer sogenannten Zeolith-Falle zur Desorption von Restfeuchte aus dem Wärmedämmstoff.

Bei den thermischen Untersuchungen der Funktionsmuster- Speicher konnte durch eine zusätzliche Steinwolle- Wärmedämmung am Boden mit 240 mm Dämmstärke und im Fußringbereich des Speichers mit 50 mm Dämmstärke die Wärmeverlustrate um 15 bis 17% gesenkt werden.

Folienumhüllte Wärmedämmung

Folienumhüllte Wärmedämmung erwies sich als eine vielversprechende Alternative zum doppelwandigen Speicher mit starrer Außenhülle. Dabei wird eine Barriere-Folie luftdicht um die Wärmedämmung angebracht. Dieses Konzept eignet sich sowohl für eine Vakuumwärmedämmung im Grobvakuumbereich (1 – 1000 mbar). Auch bei konventionellen Wärmedämmstoffen wie Mineralwollematten kann eine Folie eingesetzt werden. Das Konzept sieht ein Füllgas mit geringer Wärmeleitfähigkeit (z. B. Argon), unter leichtem Überdruck vor. Dichtheit und Schutz der Barriere-Folie müssen aber noch im Technikumsmaßstab untersucht und optimiert werden.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Die Wirtschaftlichkeit einer Vakuumwärmedämmung und einer transparenten Wärmedämmung hängt stark vom Anwendungsfall ab. Je höher der angestrebte solare Deckungsanteil ist, desto wirtschaftlicher werden diese Technologien gegenüber einer konventionellen Dämmung. Für den Anwendungsfall „Kindergarten“ kann eine Vakuumwärmedämmung bis zu 8.000 € gegenüber einer konventionellen Wärmedämmung einsparen. Für das „SolarAktivHaus“ ermittelten die Wissenschaftler Einsparpotenziale von bis zu 19.300 €. Für die transparente Wärmedämmung ergeben sich bei den wirtschaftlichsten Lösungen Grenzkosten von bis zu etwa 4.700 €. Als Grenzkosten werden die maximalen Kosten bezeichnet, bis zu welchen eine Investition wirtschaftlich ist.

Supported by: The Federal Government on the basis of a decision by the German Bundestag

Dates

no news in this list.

Addresses

Coordinator
  • Dr. Harald Drück
    Universität Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW), Forschungs- und Testzentrum für Solaranlagen (TZS)
Other Addresses

Infobox

Research funding

The information system EnArgus provides information on research funding, including on this project (German only).