Energiespeicher - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 628

rend man für N im Bereich von 20 < N < 30 von einer „hohen“ oder „guten“ Schichtung
spricht.
Hohe Schichtungskennzahlen sind besonders dann wichtig, wenn für die Umwälzung
des Speichervolumens viel Zeit benötigt wird. Dies ist bei Low-Flow- Anlagen sowie bei
großen Speichern und bei Langzeitspeichern der Fall. Prinzipiell ist bei der Beladung des
Speichers darauf zu achten, dass es zu keiner Vermischung mit Wasser geringerer Tempe-
ratur kommt. Externe Wärmetauscher garantieren, geringe Massenströme vorausgesetzt,
gutes Schichtungsverhalten mit kleinen Zonen der Vermischung. Brauchwasser mit Nutz-
temperatur steht bei entsprechender Temperaturspreizung im Kollektor schnell zur Ver-
fügung. Höchste Schichtungskennzahlen N ergeben sich mit Schichtladevorrichtungen, in
denen erwärmtes Wasser in jene Schicht des Speichers eingebracht wird, in der Tempera-
turgleichheit zwischen eintretendem Wasser und dem Speicher besteht. Dies erfolgt rein
passiv in einem Steigrohr (vergl. Speicher in Abb. 8.20 ).
Damit ein Speicher die Wärmeschichtung erhalten kann, sind eine Reihe konstruktiver
Maßnahmen erforderlich. Durch Einbauten wird die Strömung am Einlauf in den Speicher
beruhigt, damit eine Vermischungen des eintretenden Kaltwassers mit bereits erwärmtem
Wasser vermieden wird und damit die Schichtung nicht gestört wird. Da der Bereich der
Vermischung kleiner ist als ohne Einlaufberuhigung, resultiert daraus auch eine höhere
Schichtungskennzahl N . Wird das eintretende Kaltwasser nicht gebremst, so kühlt sich
weiter oben befindliches Wasser ab und die entsprechenden Schichten müssen erneut
aufgewärmt werden. Die untersten Speicherschichten werden durch die Verwirbelungen
leicht erwärmt. Dadurch sinkt der Kollektorwirkungsgrad und bei abnehmender Einstrah-
lung schaltet der Solarkreis früher aus.
Das empfohlene Höhen-Durchmesser-Verhältnis beträgt 2:1-4:1. Liegespeicher sollen
in Verbindung mit einer Solaranlage nicht eingesetzt werden. Um die Temperaturschich-
tung im Speicher aufrecht zu erhalten, sollte für den Kaltwassereintritt und der Warm-
wasserentnahmestelle folgende Regeln beachtet werden: Trinkwasserspeicher sollten auf
jeden Fall über eine Prallplatte am Kaltwassereingang verfügen, um eine Verwirbelung
des eintretenden Kaltwassers mit wärmerem Wasser aus höheren Schichten zu vermeiden.
Ein besonderes Augenmerk ist auch auf die Zerstörung der Schichtung an der Warmwas-
serentnahme zu richten, die durch das Absinken des abgekühlten Wassers aus den Rohr-
leitungen zurück in den Speicher entsteht (Einrohrzirkulation). Um diese Wärmeverluste
von bis zu 15 % der Gesamtspeicherkapazität zu verhindern, sollte der Warmwasserabgang
mit einem 180°-Rohrbogen (Siphon) versehen werden. Auch bei allen anderen Rohran-
schlüssen des Speichers sollen Wärmebrücken möglichst vermieden werden. Wenn mög-
lich sollten die Rohrdurchführungen im kalten - also im unteren - Bereich des Speichers
verlaufen.
Zur Simulation der wärmetechnischen Speichereinbindung in das thermische Solar-
system sind mathematische Modelle zur Beschreibung der thermohydraulischen Effekte
innerhalb des Speichers erforderlich. In ein solches Modell gehen bestimmte Annahmen
ein, die eine Vereinfachung des tatsächlichen physikalischen Sachverhaltes darstellen.
Entsprechend bildet das Modell das Verhalten des realen Speichers mehr oder weniger gut