DE102008028855B4 - Arrangement and method for storing thermal energy - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Speicherung von thermischer Energie in einer Flüssigkeit hoher Wärmespeicherkapazität (101) und in aufgefülltem oder gewachsenem Lockergestein (132, 133) mit gezielt veränderbarer Wärmeleitfähigkeit oder gezielt veränderbarer thermischer Leistung beim Transport thermischer Energie durch Bestandteile der Anordnung mit dadurch gezielt veränderbarer Dauer und Temperatur gespeicherter thermischer Energie, bestehend aus – einem mit einer Flüssigkeit hoher Wärmespeicherkapazität (101) gefüllten Hohlkörper (100), der mit einer Hüllschicht (130), insbesondere aus Vlies, Schaumstoff oder Kunststoff umgeben ist, wobei die Hüllschicht Wasser aufnimmt, abgibt oder leitet und ihrerseits außenseitig von gewachsenem oder aufgefülltem Lockergestein (132, 133) umgeben ist, – einer oberhalb des Hohlkörpers (100) und seiner Hüllschicht (130) zur gezielten Befeuchtung der Hüllschicht (130) und des Lockergesteins (132, 133) angebrachten Vorrichtung (135), – einer unterhalb des Hohlkörpers (100) angebrachten Vorrichtung (136) aus einer Folie oder einer Rinne, die Wasser sammelt und gezielt vom Hohlkörper (100) wegleitet, – einer oberhalb des...Arrangement for storing thermal energy in a liquid with high heat storage capacity (101) and in filled or grown loose rock (132, 133) with specifically changeable thermal conductivity or specifically changeable thermal power during the transport of thermal energy through components of the arrangement with specifically changeable duration and temperature thermal energy, consisting of - a hollow body (100) filled with a liquid of high heat storage capacity (101), which is surrounded by a covering layer (130), in particular made of fleece, foam or plastic, the covering layer absorbing, releasing or conducting water and in turn is surrounded on the outside by grown or filled loose rock (132, 133), - a device (135) attached above the hollow body (100) and its covering layer (130) for the targeted moistening of the covering layer (130) and the loose rock (132, 133), - one below the hollow body (10 0) attached device (136) made of a film or a channel that collects water and directs it away from the hollow body (100) - one above the ...
Description
Die umgangssprachlichen Begriffe ‚Kälte’ und ‚Wärme’ werden in dieser Anmeldung unter dem Begriff „thermische Energie”, die Begriffe ‚Wärmeleistung’ und ‚Kälteleistung’ unter dem Begriff ‚thermische Leistung” zusammengefasst.The colloquial terms 'cold' and 'heat' are summarized in this application by the term 'thermal energy', the terms 'thermal output' and 'cooling capacity' under the term 'thermal performance'.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Speicherung von thermischer Energie.The invention relates to an arrangement and a method for storing thermal energy.
Gemäß dem Stand der Technik sind Erdwärmespeicher in einer Ausführung als EWTS (= Erdwärmetauschersonden) als spiralig gewickelte Kunststoffrohre bekannt, die in Großbohrungen in Lockergestein eingebracht werden und nach dem Einbringen mit Lockergestein verfüllt werden. Die Kunststoffrohre sind von einem Wärmeträger durchflossen, der thermische Energie in das umgebende Lockergestein abgibt oder aus dem umgebenden Lockergestein aufnimmt. Vor- und Rücklauf haben einen gewissen Abstand und beeinflussen sich auf Grund ihrer unterschiedlichen Länge nur unbedeutend. Da es sich jedoch um Rohre mit geringem Durchmesser und kleiner Wärmeleitfähigkeit handelt, ist ein Austausch kurzzeitiger thermischer Spitzenleistungen mit dem umgebenden Lockergestein mit diesem Speichertyp nicht möglich. Zum Erreichen gleichmäßiger thermischer Leistungen sind im Fließgleichgewicht große Oberflächen erforderlich. Dies bedeutet, dass die EWTS nur als Langzeitspeicher bzw. saisonaler Speicher einzusetzen ist.According to the state of the art, geothermal storages in one embodiment are known as EWTS (= geothermal exchange probes) as spirally wound plastic pipes, which are introduced into large boreholes in loose rock and are filled with loose rock after introduction. The plastic pipes are traversed by a heat transfer, the thermal energy in the surrounding soil loose or absorbs from the surrounding soil. Forward and return have a certain distance and affect only insignificantly due to their different lengths. However, since these are small diameter pipes with low thermal conductivity, it is not possible to exchange short-term thermal peak performance with the surrounding loose rock with this type of storage. To achieve uniform thermal performance, large surfaces are required in steady state. This means that EWTS should only be used as long-term storage or seasonal storage.
Vom Funktionsprinzip her ähnlich sind Erdsonden, sie unterscheiden sich von den EWTS jedoch durch den Aufbau. Für die Errichtung von Erdsonden sind Bohrungen geringen Durchmessers in größere Teufen erforderlich, in die in der Regel Kunststoffrohre eingebracht werden. Vor- und Rücklauf liegen direkt nebeneinander, die Leitungen berühren sich in der Regel. Die thermische Kopplung von Vor- und Rücklauf ist erheblich. Das thermodynamische Verhalten gleicht den EWTS. Erdsonden können nur als Langzeitspeicher bzw. saisonale Speicher eingesetzt werden.Geothermal probes are similar in function, but they differ from the EWTS in their design. For the construction of geothermal probes small diameter holes are required in larger depths, in the plastic pipes are usually introduced. Flow and return are right next to each other, the lines usually touch each other. The thermal coupling of flow and return is significant. The thermodynamic behavior is similar to the EWTS. Geothermal probes can only be used as long-term storage or seasonal storage.
Während für EWTS und Erdsonden im wesentlichen Transmission für die Wärmeleitung innerhalb des Speichermediums verantwortlich ist, weist der Speicher gemäß
In
Aus dem Stand der Technik sind als Kurzzeitspeicher zwei Typen bekannt. Pufferspeicher oder Kurzzeitspeicher sind aufwendig gedämmte, wassergefüllte Tanks und speichern thermische Energie. Diese Speicher sind in der Regel teuer, die Volumina und damit die thermische Energie gering. Statt Wasser nutzen Speicher mit PCM (Phase Change Materials) oder Latentspeichermaterialien die beim Phasenwechsel flüssig-fest bzw. fest flüssig oder gasförmig-flüssig bzw. flüssig-gasförmig auftretende Enthalpie als Quelle/Senke für thermische Leistungen.From the prior art are known as short-term memory two types. Buffer memory or temporary storage are elaborately insulated, water-filled tanks and store thermal energy. These stores are usually expensive, the volumes and thus the thermal energy low. Instead of water, storage tanks with PCM (Phase Change Materials) or latent storage materials use the enthalpy, which is liquid-solid or solid liquid or gaseous, liquid or liquid-gaseous during the phase change, as a source / sink for thermal services.
Andere Ausführungen dieser Speicher nutzen die durch Resorption oder Absorption oder Adsorption eines in der Regel gasförmigen Arbeitsmittels wie z. B. Wasser an einer festen oder flüssigen Substanz freiwerdende Kondensations- oder Verdunstungsenthalpie. Diese Speicher sind sehr teuer, können je nach Nutzerverhalten aber sowohl als Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher bzw. saisonaler Speicher verwendet werden. Große thermische Energien lassen sich wirtschaftlich rentabel mit diesen Speichertypen über längere Zeiträume nicht speichern.Other versions of this memory use the absorption or absorption or adsorption of a generally gaseous working fluid such. As water on a solid or liquid substance released condensation or evaporation enthalpy. These memories are very expensive, but can be used as short-term storage and long-term storage or seasonal storage depending on user behavior. Large thermal energies can not be economically viable with these types of storage for long periods of time.
In heutigen Gebäuden und für prozesstechnische Anwendungen und in der Landwirtschaft ist der Bedarf an thermischer Energie zeitlich stark schwankend. Im Wärmehaushalt eines Gebäudes können drei Arten der Nutzung thermischer Energie klassifiziert werden, die sich nach Anwendung und Richtung des Wärmestroms unterscheiden:
- 1. Erzeugung von Brauchwasser:
- 2. Wärmebereitstellung zur Beheizung von Gebäuden
- 3. Kühlung von Gebäuden:
- 1. Generation of service water:
- 2. Heat supply for heating buildings
- 3. Cooling of buildings:
Die Bereitstellung der oben genannten erforderlichen thermischen Leistungen und die von einem Verbraucher geforderten thermischen Energien können durch verschiedene Wärmequellen erfolgen, die den Speicher erfindungsgemäß speisen sollen:
- 1. Bereitstellung durch einen solarthermischen Kollektor oder Absorber, wobei die Wärme über verschiedene Wärmeträger abgeführt werden kann. Es ist sinnvoll, die durch die Absorption solarer Strahlung anfallende Wärme bis zur Nutzung durch einen Verbraucher oder in einem technischen Prozess zu speichern, insbesondere da zwischen dem solaren Angebot an Energie tagsüber und dem Bedarf eine gewisse Zeitspanne liegen kann, auch dürfte die angebotene solare thermische Leistung in der Regel von der aktuell durch einen Verbraucher nachgefragten Leistung verschieden sein, so dass in diesen Fällen eine Pufferung erforderlich sein wird.
- 2. Bereitstellung durch eine Wärmepumpe oder andere thermodynamische Arbeitsmaschine; wobei zur Bereitstellung der Heizleistung oder Kühlleistung der Wärmepumpe oder anderen thermodynamischen Arbeitsmaschine Umweltenergie auf der Primärseite erforderlich ist
- 3. Bereitstellung auf Grund eines Oxidationsprozesses organischer Substanz direkt zum Verbraucher oder durch Zwischenschaltung einer der vorgenannten Wärmeträger. Dieser Oxidationsprozess kann z. B. Verbrennung von Gas, Öl, Kohle oder Holz oder ein chemoelektrischer Prozess wie z. B. die Verwendung von Methanol oder durch Reformation erzeugten Wasserstoffs in einer Brennstoffzelle sein.
- 1. Provision by a solar thermal collector or absorber, wherein the heat can be dissipated via various heat transfer. It makes sense to store the heat generated by the absorption of solar radiation until it is used by a consumer or in a technical process, especially since there may be a certain amount of time between the solar supply of energy during the day and the demand, and the offered solar thermal Performance will generally be different from the current demanded by a consumer, so buffering will be required in these cases.
- 2. provision by a heat pump or other thermodynamic work machine; wherein environmental energy on the primary side is required to provide the heating power or cooling capacity of the heat pump or other thermodynamic work machine
- 3. Provision due to an oxidation process of organic substance directly to the consumer or by interposing one of the aforementioned heat transfer medium. This oxidation process can, for. As combustion of gas, oil, coal or wood or a chemoelectric process such. Example, the use of methanol or hydrogen produced by reformation in a fuel cell.
Es können Prozesse der Bereitstellung thermischer Energien miteinander gekoppelt werden.Processes of providing thermal energy can be coupled with each other.
Der Stand der Technik zeigt auf, dass zum Erreichen eines gewünschten Sollzustandes der Temperatur in einem Raume, oder von Brauchwasser oder eines anderen Wärmeträgers oder Kältemittels zeitlich stark schwankende Wärme- oder Kühlleistungen zu erbringen sind. Ebenfalls sind die benötigten thermischen Energien während eines gegebenen Zeitraums stark schwankend verfügbar.The prior art shows that in order to achieve a desired desired state of the temperature in a room, or of service water or other heat carrier or refrigerant temporally fluctuating heat or cooling services are to be provided. Also, the required thermal energies are widely fluctuating over a given period of time.
Daher müssen in Zeiten, in denen die erforderliche Kühl- oder Heizleistung vom Wärmeangebot abweicht zusätzliche Wärmequellen oder Wärmesenken bereitgestellt werden. Diese Ergänzung und Bereitstellung von thermischer Energie und thermischer Leistung aus einem Speicher kann über zeitlich stark unterschiedliche Zeiträume erfolgen:
- • Wenn der zeitliche Abstand zwischen Laden und Entladen lediglich einige Minuten, Stunden oder Tage beträgt, so handelt es sich um eine Kurzzeitspeicherung.
- • Wenn über einen langen Zeitraum von Wochen oder Monaten im Mittel der Speicher von der Senke zur Quelle bzw. von der Quelle zur Senke wird, spricht man von einem saisonalen Speicher oder Langzeitspeicher.
- • If the time interval between loading and unloading is only a few minutes, hours or days, then it is a short-term storage.
- • When storage over a long period of weeks or months, from sink to source or source to sink, is referred to as seasonal storage or long-term storage.
Die Aufgabe ist, eine Anordnung (und ein Verfahren) zur Speicherung von thermischer Energie zu schaffen,
- • bei der die beiden Funktionen als Kurzzeitspeicher und als Langzeitspeicher in einer Anordnung vereint sind,
- • die in der Lage ist, eine geringe thermische Leistung über lange Zeiträume im Fließgleichgewicht aufzunehmen oder abzugeben und
- • die kurzzeitig ein Vielfaches der Dauerleistung als Spitzenleistung abgeben kann;
- • in which the two functions are combined as short-term storage and as long-term storage in an arrangement,
- • able to absorb or release low thermal power over long periods of steady state, and
- • which can briefly deliver a multiple of the continuous output as a peak output;
Durch die beiden Funktionen Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher / saisonaler Speicher in einer Einheit ist der nachfolgend beschriebene bifunktionale Speicher in der Lage die zeitlichen Unterschiede der Leistung thermischer Energie beim Ladevorgang als auch beim Entladevorgang auszugleichen.The two functions short-term storage and long-term storage / seasonal storage in one unit, the bifunctional storage described below is able to compensate for the temporal differences in the performance of thermal energy during charging as well as the discharge process.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Speicherung von thermischer Energie nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.The object is achieved by a device for storing thermal energy according to claim 1 and by a method according to claim 7.
In Lockergestein wird ein Hohlkörper eingegraben, der mit einer Flüssigkeit hoher spezifischer Wärmespeicherkapazität gefüllt ist. Das den gefüllten Hohlkörper umgebende Lockergestein hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Lockergesteins findet ein Energieaustausch und damit ein Temperaturausgleich mit der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit langsam statt. Bei geeigneter Dimensionierung des Verhältnisses Volumen/Oberfläche des Hohlkörpers und entsprechender Leistung der zugeführten oder entnommenen thermischen Energie kann die den Hohlkörper füllende Flüssigkeit als Kurzzeitspeicher für Wärme oder Kälte dienen. Die Außenwandung des Kurzzeitspeichers ist damit geometrische Begrenzung und wärmeübertragende Fläche gleichzeitig.In loose rock a hollow body is buried, which is filled with a liquid of high specific heat storage capacity. The loose rock surrounding the filled hollow body has a low thermal conductivity. Due to the low thermal conductivity of the surrounding loose rock an energy exchange and thus a temperature compensation takes place slowly with the liquid filling the hollow body. With suitable dimensioning of the ratio volume / surface area of the hollow body and corresponding power of the supplied or removed thermal energy, the liquid filling the hollow body can serve as a short-term storage for heat or cold. The outer wall of the short-term memory is thus geometric boundary and heat-transmitting surface simultaneously.
Im konkreten Anwendungsfall richtet sich die Dauer der Speicherung thermischer Energie einerseits:
- • nach den Erfordernissen (Leistung der Nutzung der gespeicherten thermischen Energie des Anwendungsfalls), andererseits im Wesentlichen u. a. nach:
- • der spezifischen Wärmespeicherkapazität der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
- • dem Volumen und der Dichte der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
- • dem Verhältnis von Oberfläche/Volumen des Hohlkörpers,
- • dem Füllstand der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
- • der Temperaturschichtung innerhalb der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
- • der Fließgeschwindigkeit und Richtung von Strömungen innerhalb des Hohlkörpers, insbesondere an der Außenwandung des Hohlkörpers und insbesondere der turbulenten Verwirbelung der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
- • der Wärmeleitfähigkeit des die Außenwandungen des Hohlkörpers bildenden Materials,
- • der aktuellen Wärmeleitfähigkeit des den Hohlkörper umgebenden Lockergesteins,
- • wobei neben der Materialeigenschaft der Körner auch die Korngrößenverteilung des umgebenden Lockergesteins und dessen aktueller Wassergehalt die Wärmeleitfähigkeit des Lockergesteins beeinflusst,
- • der Temperatur des Lockergesteins
- • und der Temperaturverteilung innerhalb des Lockergesteins.
- • according to the requirements (performance of the use of the stored thermal energy of the application case), on the other hand essentially according to, inter alia:
- The specific heat storage capacity of the liquid filling the hollow body,
- The volume and the density of the liquid filling the hollow body,
- The ratio of surface area / volume of the hollow body,
- The level of the liquid filling the hollow body,
- The temperature stratification within the liquid filling the hollow body,
- The flow velocity and direction of flows within the hollow body, in particular on the outer wall of the hollow body and in particular the turbulent turbulence of the liquid filling the hollow body,
- The thermal conductivity of the material forming the outer walls of the hollow body,
- The current thermal conductivity of the loose rock surrounding the hollow body,
- • in addition to the material properties of the grains and the particle size distribution of the surrounding loose rock and its current water content affects the thermal conductivity of the loose rock,
- • the temperature of the loose rock
- • and the temperature distribution within the loose rock.
Erfindungsgemäß werden die vorstehend aufgeführten Eigenschaften, die die thermischen Eigenschaften des Speichers steuern, bei der Erstellung konstruktiv durch die Wahl geeigneter Materialien und Abmessungen bestimmt als auch während des Betriebes durch eine mikroelektronische Regelungs- und Steuerungseinheit gezielt gesteuert.According to the invention, the properties listed above, which control the thermal properties of the memory, are determined constructively during the construction by the choice of suitable materials and dimensions, and are also selectively controlled during operation by a microelectronic control and regulation unit.
Die aktuelle Temperaturverteilung innerhalb der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit kann gezielt für den jeweiligen aktuellen Betriebszustand eingestellt werden.The current temperature distribution within the liquid filling the hollow body can be adjusted specifically for the respective current operating state.
In einer Ausprägung wird durch eine Durchmischung eine Temperaturschichtung weitgehend verhindert und durch ein spiralförmiges Vorbeiströmen der Flüssigkeit an der Innenseite der Außenwandung des Hohlkörpers der Wärmetransport erhöht. In einer weiteren Ausprägung wird durch Verzicht auf Durchmischung gezielt eine Temperaturschichtung erzeugt. Durch diese Steuerungsmöglichkeit, verbunden mit der Möglichkeit der Änderung der Füllhöhe des flüssigen Speichermediums wird der Wärmetransport durch die Außenwandung des Hohlkörpers gezielt gesteuert, und somit die Dauer einer thermischen Kurzzeitspeicherung beeinflusst.In one embodiment, a temperature stratification is largely prevented by mixing and increased by a spiral flow past the liquid on the inside of the outer wall of the hollow body of the heat transfer. In a further embodiment, a temperature stratification is specifically generated by omitting mixing. By this control option, combined with the possibility of changing the filling level of the liquid storage medium, the heat transfer is controlled by the outer wall of the hollow body targeted, and thus influences the duration of a thermal short-term storage.
Darüber hinaus wird der bifunktionale Speicher mit Einrichtungen ausgestattet, die den Wassergehalt des den Hohlkörper umgebenden Lockergesteins beeinflussen. Damit lässt sich der Wärmetransport durch die Außenwandung des Hohlkörpers steuern.In addition, the bifunctional storage is equipped with facilities that affect the water content of the hollow body surrounding loose rock. This allows the heat transfer through the outer wall of the hollow body to control.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei den den Wassergehalt beeinflussenden Systemen um:
- • eine gezielte Befeuchtung durch Wasserzufuhr durch eine Verteileinrichtung,
- • eine den Zutritt von Niederschlagswasser verhindernde geeignete Abschottung oberhalb und seitlich des Hohlkörpers und
- • eine gezielte Verdunstung des Porenwassers des Lockergesteins, gekoppelt mit einer Diffusion des verdunsteten Wassers und dessen Kondensation an anderer, ausreichend weit entfernter Stelle im den Hohlkörper umgebenden Lockergestein.
- A targeted humidification by supplying water through a distribution device,
- • a suitable foreclosure above and to the side of the hollow body and preventing the entry of rainwater
- A targeted evaporation of the pore water of the loose rock, coupled with a diffusion of the evaporated water and its condensation at another, sufficiently far away place in the hollow body surrounding loose rock.
Für den Wärmetransport in oder aus dem Hohlkörper in das ihn umgebende Lockergestein kommen zwei Effekte zum Tragen:
- • Der Wärmetransport von der Außenseite des Hohlkörpers in das angrenzende Lockergestein erfolgt durch Wärmeleitung (Transmission), die Größe des Wärmetransportes steigt bei gegebener Korngröße und Korngrößenverteilung mit steigendem Wassergehalt.
- • Der Wärmetransport kann auch durch einen Diffusionsstrom gasförmigen Wassers in der Bodenluft erfolgen, dabei kondensiert Wasser aus der Bodenluft an kälteren Teilen des den Hohlkörper umgebenden Lockergesteins, wobei Wärme (Kondensationsenthalpie) freigesetzt und dieser Bereich des Lockergesteins erwärmt wird; durch die Verringerung des Partialdrucks in diesem Teilbereich des Lockergesteins wird ein Wasser-Diffusionsstrom erzwungen, der letztendlich zu einer Verdunstung von Wasser an einer anderen, wärmeren Stelle des den Hohlkörper umgebenden Lockergesteins führt. Sofern der Bereich des Lockergesteins, in dem Kondensation oder Verdunstung stattfindet, direkt auf oder sehr nahe an der äußeren Oberfläche des Hohlkörpers liegt, kann Wärme in oder aus dem Hohlkörper geleitet werden.
- • The heat transfer from the outside of the hollow body in the adjacent loose rock is carried out by heat conduction (transmission), the size of the heat transport increases with a given grain size and particle size distribution with increasing water content.
- • The heat transfer can also be done by a diffusion of gaseous water in the soil air, thereby condensing water from the soil air on colder parts of the hollow body surrounding loose rock, heat (condensation enthalpy) is released and this area of the rock is heated; By reducing the partial pressure in this portion of the soil, a water-diffusion stream is forced, which ultimately leads to an evaporation of water at another, warmer point of the loose rock surrounding the hollow body. If the region of the soil in which condensation or evaporation takes place is directly on or very close to the outer surface of the hollow body, heat can be conducted into or out of the hollow body.
Optional wird die Außenseite des Hohlkörpers mit einer gut wasserleitenden saugfähigen Schicht
Die Vorteile des bifunktionalen Speichers sind:
- • Der Ausgleich von Energiebedarfsschwankungen.
- • Die Möglichkeit, durch die Pufferung der Übertragung thermischer Energie über die Grenzfläche des Kurzzeitspeichers einer die thermische Energie im Primärkreis nutzenden Wärmepumpe diese Umweltenergie auf einem günstigen Temperaturniveau bereit zu stellen, um somit eine gute Arbeitszahl (COP) zu erreichen und damit verbunden auch die Betriebszeit gegenüber der Nutzung vorgenannter Langzeitspeicher EWTS und Erdsonden zu reduzieren.
- • Die Möglichkeit, durch die kurzen Betriebszeiten einer an den bifunktionalen Speicher angeschlossenen Wärmepumpe oder anderen thermodynamischen Arbeitsmaschine bedingten langen Ruhephasen auch geringe Temperaturdifferenzen zwischen Langzeitspeichermaterial ‚Lockergestein’ und dem Wärmeträger nutzen zu können, damit die Ausbeute aus dem Langzeitspeicher zu erhöhen.
- • Die Möglichkeit, gezielt thermische Energie aus unterschiedlich angeordneten Bereichen des Langzeitspeichermaterials ‚Lockergestein’ entnehmen bzw. einspeichern zu können, die durch die Änderung der Füllhöhe des flüssigen Speichermediums im Kurzzeitspeicher als auch durch die Möglichkeit, Strömungen oder Temperaturschichtungen gezielt erzeugen zu können, bedingt ist. Damit kann sowohl das Temperaturniveau der einem Verbraucher zur Verfügung gestellten thermischen Energie angepasst werden als auch die Ausnutzung des bifunktionalen Speichers erhöht werden.
- • Die hohe Leistung der durch die wärmeübertragende Fläche transportierten thermischen Energie durch gezielte Erzeugung von Kondensations- und Verdunstungsvorgängen von Wasser auf einer Seite (der Außenseite) dieser Fläche.
- • Die durch die Kondensations- und Verdunstungsvorgänge als auch die Materialwahl ‚Metall’ der wärmeübertragenden Fläche mögliche Erwärmung des Speichermaterials ‚Lockergestein’ auf hohe Temperaturen. Dadurch kann sowohl das zum Erreichen einer durch eine Anwendung gegebenen und bereitzustellenden thermischen Energie notwendige Volumen des Speichermaterials ‚Lockergestein’ als auch die wärmeübertragende Fläche klein gehalten werden.
- • Durch das Temperaturniveau bedingt sind hohe Wasserpartialdrücke und damit hohe Diffusionsraten von gasförmigem Wasser in der Bodenluft und damit ein schneller Energietransport innerhalb des Speichermaterials ‚Lockergestein’ möglich.
- • Die Möglichkeit, durch die Steuerung der Wärmeleitfähigkeit des an die wärmeübertragende Fläche grenzenden Lockergesteins den Transport thermischer Energie durch die wärmeübertragende Fläche erhöhen und verringern zu können.
- • Die Möglichkeit, durch eine Vielzahl von Möglichkeiten durch die mikroelektronische Regelungs- und Steuerungseinheit die Eigenschaften des bifunktionalen Speichers dem jeweiligen vom Verbraucher geforderten Betriebszustand anpassen zu können.
- • Balancing energy demand fluctuations.
- • The ability to provide this environmental energy at a favorable temperature level by buffering the transfer of thermal energy across the interface of the short-term storage of a heat pump using the thermal energy in the primary circuit, thus achieving a good COP and thus connected to reduce the operating time compared to the use of the aforementioned long-term storage EWTS and geothermal probes.
- • The ability to use due to the short operating times of a connected to the bifunctional storage heat pump or other thermodynamic work machine long periods of rest also low temperature differences between long-term storage material, loose rock 'and the heat carrier to be able to increase the yield from the long-term storage.
- The possibility of specifically removing or storing thermal energy from differently arranged areas of the long-term storage material "loose rock", which is caused by the change in the filling level of the liquid storage medium in the short-term storage as well as by the possibility of selectively generating flows or temperature stratifications , Thus, both the temperature level of a consumer made available thermal energy can be adjusted as well as the utilization of the bifunctional memory can be increased.
- • The high performance of the thermal energy carried by the heat-transferring surface through the targeted generation of condensation and evaporation processes of water on one side (the outside) of this surface.
- • The possible heating of the storage material 'loose stone' to high temperatures due to the condensation and evaporation processes as well as the choice of material 'metal' of the heat-transferring surface. As a result, both the volume of the storage material 'loose stone' and the heat-transferring area necessary for achieving a thermal energy which is given by an application and which is to be provided can be kept small.
- • Due to the temperature level, high water partial pressures and thus high diffusion rates of gaseous water in the soil air and thus a fast energy transport within the storage material 'loose rock' are possible.
- • The ability to increase and decrease the transport of thermal energy through the heat-transferring surface by controlling the thermal conductivity of the loose rock adjacent to the heat-transferring surface.
- The possibility of being able to adapt the characteristics of the bifunctional memory to the respective operating state demanded by the consumer by means of a multitude of possibilities through the microelectronic control unit.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Figuren anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.Further details of the invention are described in the figures with reference to schematically illustrated embodiments.
Hierbei zeigtThis shows
Der bifunktionale Speicher besteht aus einem Hohlkörper
In einer anderen Ausprägung ist der Hohlkörper
Die Orientierung ist derart, dass der Hohlkörper
Das Material des Hohlkörpers
In einer Ausprägung ist die Außenwand des Hohlkörpers
Der Hohlkörper
Das flüssige Speichermedium
- • zusätzliche inhibitorische Eigenschaften geben;
- • und/oder den Erstarrungspunkt ändern oder vorzugsweise senken;
- • und/oder eine Volumenänderung beim Erstarren verhindern oder reduzieren
- • und/oder beim Abkühlen des flüssigen Speichermediums
101 diesem eine sulzige Konsistenz verleihen.
- • give additional inhibitory properties;
- • and / or change the freezing point, or preferably reduce it;
- • and / or prevent or reduce a volume change during solidification
- • and / or while cooling the
liquid storage medium 101 give it a sour consistency.
In einer Ausprägung wird das im Hohlkörper
Am Hohlkörper
Zwei dieser Rohre werden genutzt, um das im Hohlkörper
Außerhalb des Hohlkörpers
- • in einer Ausprägung durch ein oder mehrere durch Wärmeträger durchflossene Systeme mit Solarstrahlung absorbierenden Oberflächen
10 (solarthermische Kollektorsysteme) mit einem oder mehreren Vorläufen11 und einem oder mehreren Rückläufen12 ; - • in einer weiteren Ausprägung durch eine thermodynamische Arbeitsmaschine
20 oder eine Verbrennungsanlage oder andere vorstehend beschriebene Quellen thermischer Energie mit einem oder mehreren Vorläufen21 und einem oder mehreren Rückläufen22 , wobei die,thermodynamische Arbeitsmaschine 20 vorzugsweise eine Wärmepumpe oder eine Kältemaschine ist; - • in einer weiteren Ausprägung durch einen oder mehrere externe Pufferspeicher
30 mit jeweils einem oder mehreren Vorläufen31 und jeweils einem oder mehreren Rückläufen32 ; - • in einer weiteren Ausprägung durch einen oder mehrere Wärmeübertrager, vorzugsweise gegen die Atmosphäre mit jeweils einem oder mehreren Vorläufen und jeweils einem oder mehreren Rückläufen;
- • in einer weiteren Ausprägung durch ein anderes wärmeübertragendes Teilsystem mit jeweils einem oder mehreren Vorläufen und jeweils einem oder mehreren Rückläufen;
- • in one form by one or more heat transfer medium-carrying systems with solar radiation absorbing surfaces
10 (solar thermal collector systems) with one ormore heats 11 and one ormore returns 12 ; - • in another form by a
thermodynamic machine 20 or an incinerator or other source of thermal energy described above with one ormore heats 21 and one ormore returns 22 , being the, thermodynamic workingmachine 20 preferably a heat pump or a refrigerator; - • in a further form by one or more
external buffer memories 30 with one ormore heats 31 and one or more returns respectively32 ; - • in a further embodiment by one or more heat exchangers, preferably against the atmosphere, each with one or more heats and one or more returns;
- In a further embodiment by another heat-transmitting subsystem, each with one or more headers and one or more recirculations;
Die Steuerung der Fließvorgänge in den am Hohlkörper
Innerhalb des Hohlkörpers
In einer weiteren Ausprägung sind innerhalb des Hohlkörpers
In a further embodiment are within the
Die hydraulische Verbindung von Vorlauf
Vorzugsweise wird in dem Fall hydraulischer Trennung von flüssigem Speichermedium
Für den bifunktionalen Speicher mit hydraulischer Verbindung von Vorlauf
- • in einer Ausprägung seiner Temperatur entsprechend in eine in der
Flüssigkeit im Hohlkörper 101 vorhandene Schichtung einschichtet (nicht zeichnerisch dargestellt), - • oder dass in einer weiteren Ausprägung der
Flüssigkeitsstrom 121 eine kreisförmige oder spiralartige Strömung115 (6 ) der wandnahen Schichten flüssigen Speichermediums101 innerhalb desHohlkörpers 100 bewirkt, - • oder dass in einer weiteren Ausprägung der einströmende Flüssigkeitsstrom eine turbulente Durchmischung der in dem Hohlkörper befindlichen Flüssigkeit bewirkt (zeichnerisch nicht dargestellt).
- In one expression of its temperature corresponding to one in the liquid in the
hollow body 101 layering existing stratification (not shown in the drawing), - • or that in another form the liquid flow
121 a circular or spiral flow115 (6 ) of the near-wall layers ofliquid storage medium 101 inside thehollow body 100 causes - Or, in another embodiment, the inflowing liquid flow causes a turbulent mixing of the liquid present in the hollow body (not shown in the drawing).
Die Austrittsöffnungen
In einer Ausprägung werden in dem Hohlkörper
In einer Ausprägung mit Wärmeübertrager
Es kommen jeweils alternativ verschiedene Varianten für den Volumenausgleich, der durch eine thermisch bedingte Veränderung der Dichte des den Hohlkörper
- •
ein Gaspolster 140 innerhalb desHohlkörpers 100 , das entweder direkt mit der Flüssigkeit in Kontakt steht (3 und4 ) oder durch eine elastische Membran141 (3a und4a ) von ihr getrennt ist; - • ein in
einem Rohrstutzen 142 befindliches Gaspolster 143 ,wobei das Gaspolster 143 entweder direkt mit der Flüssigkeit in Kontakt steht (2 ) oder durch eine elastische Membran144 (2a ) von ihr getrennt ist; und wobei derRohrstutzen 142 nach oben gerichtet anden Hohlkörper 100 angebracht ist undmit dem Hohlkörper 100 hydraulisch verbunden ist; - • ein außerhalb des
Hohlkörpers 100 und außerhalb desden Hohlkörper 100 umgebenden aufgefüllten Lockergesteins132 und gewachsenen Lockergesteins133 befindliches externes Ausgleichsgefäß145 (6 ), das durch eine Rohrleitung146 mit dem Hohlkörper 100 verbunden ist; - • oder ein mit dem atmosphärischen Luftdruck in
Verbindung stehendes Rohr 147 , derart, dass durch die zu erwartende größtmögliche Volumenänderung bedingt kein flüssiges Speichermedium101 aus dem Hohlkörper 100 unddem angeschlossenen Rohr 147 austreten kann (5 ).
- • a
gas cushion 140 inside thehollow body 100 which is either in direct contact with the liquid (3 and4 ) or by an elastic membrane141 (3a and4a ) is separated from her; - • one in a
pipe socket 142 gas cushion 143 where thegas cushion 143 either directly in contact with the liquid (2 ) or by an elastic membrane144 (2a ) is separated from her; and wherein thepipe socket 142 directed upward to thehollow body 100 is attached and with thehollow body 100 hydraulically connected; - • one outside the
hollow body 100 and outside of thehollow body 100 surrounding paddedrock 132 and grownloose rock 133 located external compensating vessel145 (6 ) passing through apipeline 146 with thehollow body 100 connected is; - • or a pipe related to the
atmospheric pressure 147 , Such that due to the expected maximum volume change conditionally noliquid storage medium 101 from thehollow body 100 and theconnected pipe 147 can escape (5 ).
In einer Ausprägung wird innerhalb des Hohlkörpers
Dadurch wird je nach spezifischem Betriebszustand gezielt thermische Energie in unterschiedlichen Höhen des Hohlkörpers
Die Steuerung des Füllstandes
Die an den Hohlkörper
In einer Ausprägung wird oberhalb des Hohlkörpers
In einer weiteren Ausprägung wird die undurchlässige Vorrichtung oberhalb und seitlich des Hohlkörpers
In einer weiteren Ausprägung ist die undurchlässige Vorrichtung
Die Vorrichtung
Oberhalb des Hohlkörpers
Der Wasserzustrom wird durch die mikroelektronische Steuerungs- und Regelungseinheit
Innerhalb des Hohlkörpers
Innerhalb des aufgefüllten Lockergesteins
In einer Ausprägung wird der Hohlkörper
- • In einem Betriebszustand des bifunktionalen Speichers wird gezielt Feuchtigkeit bereitgestellt zum Transport von
Wärme vom Hohlkörper 100 indas aufgefüllte Lockergestein 132 unddas gewachsene Lockergestein 133 ; wobei durch Verdunstung von Wasser nahe der Oberfläche desHohlkörpers 100 und damit gekoppelte Wasserdampfdiffusion in und gekoppelter Kondensationim aufgefüllten Lockergestein 132 und gewachsenen Lockergestein133 Wärme transportiert wird. - • In einem anderen Betriebszustand des bifunktionalen Speichers führt die
Hüllschicht 130 gezielt nahe der Oberfläche desHohlkörpers 100 kondensierendes Wasser ab; wobei das Wasser als Kondensat bei einem Wärmetransport ausdem gewachsenen Lockergestein 133 unddem aufgefüllten Lockergestein 132 inden Hohlkörper 100 anfällt.
- In an operating state of the bifunctional storage, moisture is specifically provided for the transport of heat from the
hollow body 100 in the filledloose rock 132 and the grownloose rock 133 ; being due to evaporation of water near the surface of thehollow body 100 and coupled water vapor diffusion in and coupled condensation in the filledloose rock 132 and grownloose rock 133 Heat is transported. - • In another operating state of the bifunctional memory, the cladding layer leads
130 specifically near the surface of thehollow body 100 condensing water off; the water as condensate in a heat transport from the grownloose rock 133 and the filledloose rock 132 in thehollow body 100 accrues.
Die Hüllschicht
Die Hüllschicht
Die Hüllschicht
Unterhalb des Hohlkörpers
Die Wasserführung
Die Wasserführung
In einer Ausprägung des bifunktionalen Speichers wird die Korngrößenverteilung und die Korngeometrie des den Hohlkörper
In einer Ausprägung wird die Eigenschaft des aufgefüllten Lockergesteins
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Solarstrahlung absorbierende OberflächeSolar radiation absorbing surface
- 1111
- Vorlauf für Solarstrahlung absorbierende OberflächeSupply for solar radiation absorbing surface
- 1212
- Rücklauf für Solarstrahlung absorbierende OberflächeReturn for solar radiation absorbing surface
- 2020
- Thermodynamische ArbeitsmaschineThermodynamic machine
- 2121
- Vorlauf für thermodynamische ArbeitsmaschineFlow for thermodynamic machine
- 2222
- Rücklauf für thermodynamische ArbeitsmaschineReturn for thermodynamic working machine
- 3030
- Pufferspeicher, externBuffer memory, external
- 3131
- Vorlauf für Pufferspeicher, externFlow for buffer storage, external
- 3232
- Rücklauf für Pufferspeicher, externReturn for buffer memory, external
- 100100
- Hohlkörperhollow body
- 101101
- Flüssiges Speichermedium für Kurzzeitspeicherung thermischer EnergieLiquid storage medium for short-term storage of thermal energy
- 110110
-
Vorlauf für Hohlkörper
100 Flow forhollow body 100 - 111111
-
Austrittsöffnung für flüssiges Speichermedium
101 Outlet opening forliquid storage medium 101 - 112112
-
Rücklauf für Hohlkörper
100 Return forhollow body 100 - 113113
-
Anströmöffnung für flüssiges Speichermedium
101 Flow opening forliquid storage medium 101 - 114114
-
Vorrichtung zur Änderung von Richtung und Geschwindigkeit von Strömungen im Hohlkörper
100 Device for changing the direction and speed of flows in thehollow body 100 - 115115
-
Spiralförmige Strömung des flüssigen Speichermediums im Hohlkörper
100 Spiral flow of the liquid storage medium in thehollow body 100 - 116116
-
Pumpe zur Erzeugung von Strömungen und Geschwindigkeitsregelung des aus dem Vorlauf
110 in den Hohlkörper100 einströmenden flüssigen Speichermediums101 oder des im Vorlauf befindlichen Wärmeträgers121 Pump for generating flows and speed control of theflow 110 in thehollow body 100 inflowingliquid storage medium 101 or the heat carrier in theflow 121 - 120120
-
Wärmeübertrager im Hohlkörper
100 Heat exchanger in thehollow body 100 - 121121
- Wärmeträger für bifunktionalen SpeicherHeat transfer medium for bifunctional storage
- 130130
- Hüllschicht um Hohlkörper mit Wasser leitenden und Wasser speichernden EigenschaftenCoating layer around hollow body with water-conducting and water-storing properties
- 131131
- Ableitung für Kondenswasser aus der HüllschichtDischarge for condensation from the cladding layer
- 132132
- Aufgefülltes Lockergestein um HohlkörperPadded loose rock around hollow body
- 133133
- Gewachsenes Lockergestein um HohlkörperGrown loose rock around hollow body
- 134134
- Vorrichtung für Umlenkung von Sickerwasserströmen und Verhinderung von Wasserdampf-Diffusionsströmen in BodenluftDevice for diverting leachate streams and preventing water vapor diffusion streams in soil air
- 135135
- Leitungssystem zur Erhöhung des Wassergehaltes im Lockergestein und in der Hüllschicht des HohlkörpersConduit system for increasing the water content in the loose rock and in the shell layer of the hollow body
- 136136
-
Abtropfvorrichtung der Hüllschicht
130 Draining device of thecladding layer 130 - 137137
-
Wasserführung für abtropfendes Wasser aus Hüllschicht
130 Water supply for dripping water fromcoating layer 130 - 138138
-
Ventil zur Steuerung des Wasseraustritts aus dem Leitungssystem
135 Valve for controlling the water outlet from thepipe system 135 - 140140
- Gaspolster in HohlkörperGas cushion in hollow body
- 141141
- Membran für Gaspolster in HohlkörperMembrane for gas cushion in hollow body
- 142142
- Rohrstutzen für GaspolsterPipe socket for gas cushion
- 143143
- Gaspolster in RohrstutzenGas cushion in pipe socket
- 144144
- Membran für Gaspolster in RohrstutzenMembrane for gas cushion in pipe socket
- 145145
- Extern angeordnetes Druckausgleichsgefäß für HohlkörperExternally arranged pressure equalization vessel for hollow bodies
- 146146
-
Verbindungsleitung vom Hohlkörper
100 zum externe Druckausgleichsgefäß145 Connecting line from thehollow body 100 to the externalpressure equalization vessel 145 - 147147
-
Druckausgleichsleitung vom Hohlkörper
100 zur AtmosphärePressure equalization line from thehollow body 100 to the atmosphere - 148148
-
Füllhöhe des flüssigen Speichermediums
101 im Hohlkörper100 Filling level of theliquid storage medium 101 in thehollow body 100 - 150150
-
Befüllleitung zum Einfüllen und Entfernen von flüssigem Speichermedium
101 aus Hohlkörper100 Filling line for filling and removingliquid storage medium 101 fromhollow body 100 - 151151
-
Nachströmleitung für Gas zur Einstellung unterschiedlicher Füllstände des flüssigen Speichermediums
101 Nachströmleitung for gas for setting different levels of theliquid storage medium 101 - 152152
-
Ventil für Befüllleitung
150 Valve for fillingline 150 - 153153
- HauswasserversorgungDomestic water supply
- 154154
- Saugpumpe für flüssiges SpeichermediumSuction pump for liquid storage medium
- 155155
- Auffanggefäß für flüssiges SpeichermediumCollecting vessel for liquid storage medium
- 200200
- Mikroelektronische Steuerungs- und Regelungs-EinrichtungMicroelectronic control and regulation device
- 201201
-
Ventilblock für diverse Vor- und Rücklaufströme
11 ,12 ,21 ,22 ,31 ,32 ,110 ,112 Valve block for various flow and return flows11 .12 .21 .22 .31 .32 .110 .112 - 202202
-
Ventil für Leitungssystem
135 Valve forpiping system 135 - 210210
-
Feuchtesensor im Lockergestein
132 und133 Humidity sensor inloose rock 132 and133 - 211211
- Temperatursensortemperature sensor
- 212212
-
Füllstandssensor für Füllhöhe des flüssigen Speichermediums
101 in Hohlkörper100 Level sensor for filling level of theliquid storage medium 101 inhollow body 100
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102008028855A DE102008028855B4 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Arrangement and method for storing thermal energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102008028855A DE102008028855B4 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Arrangement and method for storing thermal energy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2608607A1 (en) * | 1976-03-02 | 1977-09-08 | Schoell Guenter | Geothermal storage heater with plastic pipes laid in ground - has pipes filled with pressurised water and maintained at earth pressure |
| DE3232268A1 (en) * | 1982-04-03 | 1983-10-06 | Erdmann Horst | Long-term energy storage mechanism for heating purposes |
| DD264976A1 (en) * | 1987-11-17 | 1989-02-15 | Geothermie Veb | METHOD AND ARRANGEMENT FOR TRANSFERRING AND STORING WAERME |
| DE19953492A1 (en) * | 1999-11-06 | 2001-05-10 | Hermann Isenmann | Device for temperature-controlled solar battery tapping or input comprises coaxially box-mated tubes having inner tube wall ports overlapping or registered as layer taps. |
| DE10133931A1 (en) * | 2001-07-12 | 2003-02-06 | Bernd Ritzel | Geothermic heat utilization process involves using latent heat storage within functional collector |
| DE102005001347A1 (en) * | 2005-01-11 | 2006-07-20 | GEOTEX Ingenieurgesellschaft für Straßen- und Tiefbau mbH | Multi-chamber heat accumulator for generating electric energy/power has a trench-like structure, a surrounding wall, a cover and inner and outer areas with a solid trench-like filling |
| WO2007116299A1 (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Dupraz Energies | Device for heating, cooling and producing domestic hot water using a heat pump and low-temperature heat store |
| DE202007013089U1 (en) * | 2007-09-07 | 2007-12-13 | Österwitz, Karl-Heinz | Geothermal storage with vapor barrier, reservoirs and humidification for a domestic energy center |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2608607A1 (en) * | 1976-03-02 | 1977-09-08 | Schoell Guenter | Geothermal storage heater with plastic pipes laid in ground - has pipes filled with pressurised water and maintained at earth pressure |
| DE3232268A1 (en) * | 1982-04-03 | 1983-10-06 | Erdmann Horst | Long-term energy storage mechanism for heating purposes |
| DD264976A1 (en) * | 1987-11-17 | 1989-02-15 | Geothermie Veb | METHOD AND ARRANGEMENT FOR TRANSFERRING AND STORING WAERME |
| DE19953492A1 (en) * | 1999-11-06 | 2001-05-10 | Hermann Isenmann | Device for temperature-controlled solar battery tapping or input comprises coaxially box-mated tubes having inner tube wall ports overlapping or registered as layer taps. |
| DE10133931A1 (en) * | 2001-07-12 | 2003-02-06 | Bernd Ritzel | Geothermic heat utilization process involves using latent heat storage within functional collector |
| DE102005001347A1 (en) * | 2005-01-11 | 2006-07-20 | GEOTEX Ingenieurgesellschaft für Straßen- und Tiefbau mbH | Multi-chamber heat accumulator for generating electric energy/power has a trench-like structure, a surrounding wall, a cover and inner and outer areas with a solid trench-like filling |
| WO2007116299A1 (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Dupraz Energies | Device for heating, cooling and producing domestic hot water using a heat pump and low-temperature heat store |
| DE202007013089U1 (en) * | 2007-09-07 | 2007-12-13 | Österwitz, Karl-Heinz | Geothermal storage with vapor barrier, reservoirs and humidification for a domestic energy center |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102023104903A1 (en) | 2023-01-23 | 2024-07-25 | JENA-GEOS-Ingenieurbüro GmbH | Process for large-scale, underground seasonal heat and cold energy storage |
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