Bei zahlreichen Prozessen in der Industrie fallen große Mengen von Abwärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus an, die oft ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden. In dem vom TBI M-V geförderten FuE-Kooperationsprojekt entwickelt die Hochschule Wismar gemeinsam mit dem Industriepartner Betonwerk Ribnitz GmbH einen neuartigen, energieeffizienten Mehrzonenwärmespeicher (MZWS) auf Betonbasis, der die kurz- bis mittelfristige Speicherung von Abwärme auf einem Temperaturniveau bis ca. 400 °C ermöglichen soll.
Konzeption des Mehrzonenwärmespeichers:
Die um den Speicherkern angeordneten Wärmespeicherzonen sind durch Zwischendämmungen voneinander getrennt. Dieses Schichtungssystem führt zu einem verzögerten Wärmetransport von innen nach außen, und es stellen sich damit in den unterschiedlichen Wärmespeicherzonen in Abhängigkeit von der zugeführten Wärmemenge unterschiedliche Temperaturen mit einem fallenden Gradienten von innen nach außen ein (z.B. 330 °C im Kern, 120 °C in der Wärmespeicherzone 1 und 25 °C in der Wärmespeicherzone 2). Dabei liegt der Temperaturgradient zwischen der äußeren Wärmespeicherzone und der Umgebung auf einem deutlich niedrigeren Niveau als bei einem Einzonenwärmespeicher (für dieses Beispiel 5 K statt 310 K). Dadurch lassen sich die Transmissionswärmeverluste an die Umgebung aufgrund des kleineren Temperaturgradienten stark reduzieren. Die in den verschiedenen Speicherzonen zur Verfügung stehende Wärmeenergie kann bedarfsgerecht auf unterschiedlichen Temperaturniveaus für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden. Die Restwärme des Kern-Beladerücklaufs kann auch zur Beladung der kühleren Wärmespeicherzone genutzt werden, sodass die energieeffiziente Ausnutzung der Wärmequelle aufrechterhalten wird. Für diese Aufgabe wurde eine spezielle Betonrezeptur entwickelt, die eine gute Hitzebeständigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine große Wärmespeicherkapazität sicherstellt. Ein MZWS wurde im Labormaßstab entworfen, mit dem die unterschiedlichsten dynamischen Belade- und Entladeszenarien untersucht und die jeweiligen Wärmemengenströme bilanziert werden können. 2018 entstand im Betonwerk Ribnitz ein Pilotwärmespeicher, mit dem die Vorteile hinsichtlich der Energieeffizienz und der variablen Wärmenutzung in einem Praxistest demonstriert werden sollen.
Team: AG Umwelt und Verfahrenstechnik
Mitarbeiter: Dr.-Ing. Muhamad Ayas Harfosh