Das Projekt "High energy density sorption heat storage for solar space heating" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von U.F.E. SOLAR Uckermark GmbH durchgeführt. General Information/Objectives of the Project: A primary technical obstacle to a wider use of regenerative energies, especially solar energy, for heating purposes is an adequate storage technology for low-temperature heat. Therefore, in this project a heat storage system based on solid sorption technology will be developed with the following objectives: 1. Development of a prototype series of the solid sorption heat storage system, with energy densities, four to five times higher than water (at AT=50 K), being suitable for the long-term storage of low-temperature heat. 2. Testing of these prototypes in the application of seasonal storage of solar thermal energy for space heating purposes under different climatic and system conditions. 3. Optimization of sorption materials for low-temperature heat storage applications by specific modifications of the material properties. TECHNICAL APPROACH The system consists of a series of independent storage units (modules), which will be industrially prefabricated and combined to a suitable system on the location. The working programme of the project will be split into the following steps: 1. Material research for an Optimisation of the sorption materials. 2. Development and construction of prototype storage modules. Test of experimental units at the Solar House, Freiburg, Germany. 3. System integration and one-year monitoring of the prototype modules for solar space heating under different climatic and system conditions in Austria and Finland. In both cases the objective is to meet the entire heating demand with regenerative sources, whereas solar energy plays the primary role and different regenerative back-up systems will be studied. Assessment of the results from the system monitoring and feedback on the design of the storage modules. Expected Achievements: 1. Development of an adequate technical solution to the heat storage problem, which may be extended to other applications, like industrial waste heat recovery, combination with small CHP systems or solar cooling. 2. Introduction of a new heat storage system for solar space heating with an energy density which allows seasonal storage of the entire heating energy demand of low-energy buildings in a common basement room under Central or Northern European climatic conditions. Improvement of know-how in solid sorption technology in basic fields, such as adaptation of material properties to the desired application or technical solutions to enhance heat and mass transfer, which will also be useful for non-storage applications, like chemical heat pumps and heat transformation systems for heating and cooling. An advanced heat storage system is considered to be crucial for a broader dissemination of solar energy for space heating leading to the stimulation of the solar thermal market. Prime Contractor: UFE Solar GmbH; Eberswalde; Germany.
Das Projekt "ULA - Ultra Leicht Absorber" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von airwasol GmbH & Co. KG durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Für eine umweltfreundliche und Zukunft sichere Energieversorgung können Solarluftkollektoren eingesetzt werden, welche eine effiziente Erzeugung von z.B. industrieller Prozesswärme zur Regenerierung von Sorptionsspeichern, die Trocknung von z.B. Industriebauteilen, Lacken, Agrarprodukten, Lebensmitteln oder Gärresten, die Beheizung von Industriehallen oder die Meerwasserentsalzung ermöglichen. Zurzeit werden hauptsächlich Flach-Solarluftkollektor eingesetzt, welche aufgrund ihres geringen thermischen Wirkungsgrades bei hohen Betriebstemperaturen größer als 100 Grad C oder bei sehr niedrigen Außentemperaturen mit geringer Sonneneinstrahlung keine oder nicht effiziente Energieversorgung dafür ermöglichen. Solarluftkollektoren mit Vakuumröhren können aufgrund ihres deutlich besseren thermischen Leistungsverhaltens hierfür eingesetzt werden. Die bis jetzt auf dem Markt verfügbaren Vakuumröhren-Solarluftkollektoren sind mit einseitig geschlossenen Vakuumröhren von Wasserkollektoren aufgebaut. Dadurch muss die Luft durch kleine Querschnitte und aufwendige interne Luftführungen geführt werden. Das dadurch entstehende Problem mit hohen Druckverlusten macht eine komplette Neukonstruktion bzw. -entwicklung notwendig. Auch soll eine gleichmäßigere Durchströmung der Röhren erreicht werden, damit ein idealer Wärmeübertrag zwischen Absorber und Luft stattfindet. Zielsetzung des Projektes ist diese Neuentwicklung einschließlich Produktionstechnik mit folgenden technischen Herausforderungen und Arbeitsschritten. Fazit: Alle Projektziele wurden erfolgreich erreicht. Durch die gute Projektzusammenarbeit zwischen den Projektpartnerkonnten neue sehr innovative Ideen schnell und effizient verwirklicht werden. Die ersten Kurzzeittests zeigen, dass schon die Prototypen, einzeln betrachtet, einen stabilen und effizienten Einsatz in Zukunft auch in anderen Produkten ermöglichen können.
Das Projekt "Mitarbeit am IEA-Task48 Quality assurance and support measures for Solar Cooling" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. durchgeführt. Mitarbeit im IEA-Task 48 'Quality assurance and support measures for Solar Cooling' mit der Laufzeit von Oktober 2011 bis März 2015. Arbeitsbeiträge sollen vor allem für die folgenden Bereiche (Subtasks) geleistet werden. Subtask A: 'Quality procedure on component level', Subtask B: 'Quality procedure on system level'. In den Task48 fließen zudem die Ergebnisse und Erfahrungen aus thematisch verwandten Projekten zur Entwicklung kompakter Absorptionskältemaschinen, zur Entwicklung von integrierten solaren Heiz- und Kühlsystemen und aus dem Verbundvorhaben: EVASOLK - Evaluierung der Chancen und Grenzen von solarer Kühlung im Vergleich zu Referenztechnologien - TP 3 (FKZ 0325966C) ein. Darüber hinaus bearbeitet das ZAE Bayern konkret folgende Arbeitspakete: (A3)-Rückkühlung: In diesem Arbeitspaket soll eine Übersicht über bestehende und neuartige Rückkühltechniken, wie das in diesem Projekt bearbeitete innovative trockene Rückkühlkonzept mit Latentwärmespeicher erarbeitet werden. Abhängig von verschiedenen Randbedingungen (Klimazone, Sorptionstechnik etc.) werden Empfehlungen für eine wirtschaftliche und effiziente Rückkühltechnik ausgesprochen. (A4)-Pumpeneffizienz und Anwendbarkeit: In enger Zusammenarbeit mit dem IEA-SHCP Tasks 44 and 45 wird der aktuelle Stand der Pumpentechnik analysiert und darauf aufbauend das Potential zur Reduktion des Pumpstromverbrauches in den externen Kreisen eines solaren Kühlsystems abgeschätzt.
Das Projekt "Nutzung von Abwärme durch mobile Sorptionsspeicher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. durchgeführt. Die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten der Abwärmenutzung durch mobile Sorptionsspeicher sollen untersucht und durch einen Pilotversuch evaluiert werden. In der ersten Phase des Projektes wird eine Potenzialabschätzung dieser Technologie anhand verschiedener Fallbeispiele durchgeführt. In einer Materialrecherche werden verschiedene Zeolithe experimentell verglichen und die Möglichkeiten neuer Materialentwicklungen abgeschätzt. Für einen ausgewählten Standort wird das komplette Speichersystem (Lade-, Entladestation und Zeolithcontainer) ausgelegt, aufgebaut und in Betrieb genommen und über ein Jahr im Versuchbetrieb vermessen. Begleitend wird in der Arbeitsgruppe Annex 18 'Transportation of Thermal Energy by Thermal Energy Storages' des Programms Energy Storage (ECES) der Internationalen Energie Agentur (IEA) mitgearbeitet. Eine funktionsfähige Pilotanlage ist entscheidend für die spätere mögliche kommerzielle Umsetzung dieser Technologie. Aufgrund der Projektpartner (Sorbenshersteller, Behälterbauer, Abwärmequellen, Wärmenutzer und potenzielle Betreiber) bestehen beste Aussichten mobile Sorptionsspeicher und deren spezifische Vorteile bekannt zu machen und damit deren Markteinführung anzustossen.
Das Projekt "Entwicklung eines hocheffizienten Solarkollektors mit Luft als Wärmeträgermedium - 2. Phase - Nachbewilligung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von airwasol GmbH & Co. KG durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Für eine umweltfreundliche und zukunftssichere Energieversorgung können Solarluftkollektoren eingesetzt werden, welche eine effiziente Erzeugung von industrieller Prozesswärme zur Regenerierung von Sorptionsspeichern, die Trocknung von Industriebauteilen, Lacken, Agrarprodukten, Lebensmitteln oder Gärresten, die Beheizung von Industriehallen oder die Meerwasserentsalzung ermöglichen. Zurzeit werden hauptsächlich Flach-Solarluftkollektoren eingesetzt, welche aufgrund ihres geringen thermischen Wirkungsgrades bei hohen Betriebstemperaturen > 100 °C oder bei sehr niedrigen Außentemperaturen mit geringer Sonneneinstrahlung keine oder nicht effiziente Energieversorgung dafür ermöglichen. Solarluftkollektoren mit Vakuumröhren können aufgrund ihres deutlich besseren thermischen Leistungsverhaltens hierfür eingesetzt werden. Die bis jetzt auf dem Markt verfügbaren Vakuumröhren-Solarluftkollektoren sind mit einseitig geschlossenen Vakuumröhren von Wasserkollektoren aufgebaut. Dadurch muss die Luft durch kleine Querschnitte und aufwendige interne Luftführungen geführt werden. Das dadurch entstehende Problem mit hohen Druckverlusten macht eine komplette Neukonstruktion bzw. -entwicklung notwendig. Auch soll eine gleichmäßigere Durchströmung der Röhren erreicht werden, damit ein idealer Wärmeübertrag zwischen Absorber und Luft stattfinden kann. Zielsetzung des Projektes ist diese Neuentwicklung einschließlich Produktionstechnik mit folgenden technischen Herausforderungen und Arbeitsschritten: Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Um kostengünstig einen neuen Kollektor herzustellen, müssen neue und effiziente Produktionstechniken entwickelt und eingesetzt werden. Z. B. soll der Metallbalg zur Längenkompensation zwischen Glas- und Absorberrohr direkt in das Absorberrohr mit eingearbeitet werden. Dies spart aufwendige Fügetechniken mit Materialmixen wie z.B. Alu und Edelstahl. Es ermöglicht auch einen sehr leichten Absorberrohraufbau. Damit dies möglich ist, muss das Absorberrohmaterial aus Edelstahl bestehen, damit es als Balg verwendet werden kann. Bisher verfügbare Absorberschichten auf Edelstahl werden größtenteils mittels nasschemischer Verfahren abgeschieden und erreichen nicht die Effizienz der kommerziell auf Aluminium oder Kupfer mittels PVD-Verfahren abgeschiedenen selektiven Absorberbeschichtungen. Ziel des Projektes ist es daher, eine Absorberbeschichtung für Edelstahlbleche zu entwickeln, die ähnliche optische Kennwerte wie die bereits auf Aluminiumblech verfügbaren selektiven Schichtsysteme besitzen. Da Edelstahl nicht die hohe Reflexion im Infraroten wie Kupfer oder Aluminium aufweist, können nicht einfach die bestehenden Schichtsysteme auf Edelstahl abgeschieden werden. Es ist bekannt, dass in diesem Fall der thermische Emissionsgrad signifikant höher und somit die Leistungsfähigkeit dieser Absorber wesentlich geringer ist. Vor allem bei den für Prozesswärme benötigten Arbeitstemperaturen im Bereich von 100 - 200°C steigen die Verluste durch Infrarotstrahlung beträchtlich. Daher muss Edelstahl zunächst mit einer zusätzlichen Infrarot-Reflektorschicht beschichtet werden, bevor die eigentliche Absorberschicht abgeschieden werden kann. Diese muss auch bei hohen Temperaturen ihr hohes Reflexionsvermögen erhalten, um die selektiven Eigenschaften der Absorberbeschichtung über die Lebensdauer von mindestens 20 Jahren gewährleisten zu können. Daneben soll die neu zu entwickelnde Beschichtung auch eine hohe mechanische Stabilität und eine gute Widerstandsfähigkeit gegen korrosiven Angriff aufweisen, da das Absorbermaterial in neuen Kollektortypen eingesetzt werden soll, für deren Fertigung spezielle Form- und Fügeverfahren verwendet werden. Die Absorberfertigung kann nur durch eine solche industrielle Fertigungsweise und durch Reduzierung des Material- und Energieeinsatzes kostengünstiger werden. Die Amortisationszeit kann so entscheidend gesenkt werden.
Das Projekt "HyAktiv - Hydrophilisierung von Aktivkohlen zum Einsatz in Sorptionswärmespeichern; Teilvorhaben: Opütiierung der Adsorptionscharakteristik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Optimierung von Aktivkohlen für den Einsatz als Sorptionsmaterial in Sorptionswärmespeichern. Im Rahmen des Projektes werden zum einen kommerziell erhältliche Aktivkohlen hydrophilisiert, so dass sie gegenüber polaren Adsorptiven, insbesondere Wasser, eine im technisch relevanten Bereich höhere Adsorptionskapazität und damit Speicherdichte aufweisen. Zum anderen sollen als Alternative zu kommerziell verfügbaren Produkten auch Aktivkohlen selbst hergestellt und optimiert werden. Neben dem Entwicklungsschwerpunkt Herstellung und Hydrophilisierung wird in diesem Vorhaben auch die Umsetzung auf Bauteilebene in Form vom neuen selbsttragenden, z.B. monolithischen, oder Komposit-Strukturen für sorptive Speicher evaluiert. Die Hydrophilisierung, Optimierung und Charakterisierung der Materialien wird in einem Teilprojekt am Fraunhofer Institut ISE durchgeführt, während die Entwicklung und Herstellung von Formkörpern in einem zweiten Teilprojekt bei der Fa. Dinex durchgeführt wird.'
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Evaluierung einer Technologie zur Herstellung von Adsorbern aus Metall-Metallsalz-Verbundmaterial" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WätaS Wärmetauscher Sachsen GmbH - Abteilung Forschung und Entwicklung durchgeführt. Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Herstellungstechnologie zur Verbindung der untersuchten Metall-/Metallsalz-Verbünde mit dem Wärmeübertrager. Im Projekt werden verschiedene Verfahren (Weiten der Rohre, Löten) zur Anbindung der Metallstrukturen an Rohre mit und ohne Lamellenbleche untersucht und analysiert. Im Ergebnis sollen Aussagen zur thermischen Leistungsfähigkeit des gesamten Wärmeübertragers sowie zur thermischen und mechanischen Stabilität des Aufbaus getroffen werden. Aufbauend auf den Ergebnissen soll ein Versuchsmuster eines Adsorber-Wärmeübertragers für eine Wärmepumpe konstruiert und gefertigt werden. In experimentellen Untersuchungen wird die Funktionalität des Versuchsmusters mit verschiedenen Temperaturen getestet. Aus den Ergebnissen werden wichtige Kenngrößen wie die spezifische Leistungsdichte und erreichbare Werte für den COP abgeleitet.
Das Projekt "Teilvorhaben: Gesamtkoordination und Beiträge zum Speicherkonzept A - Kaskadierender Sorptionsspeicher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Fachgebiet Strömungsmaschinen (FSM) durchgeführt. Die Energie- und Leistungsdichte von Sorptionsspeichern sollen durch neue Adsorbenzien, neue Komposite für verbesserten Wärme- und Stofftransport und durch neue Systemkonzepte deutlich erhöht werden. Am KIT-FSM wird das Konzept eines mit einer Sorptionswärmepumpe kaskadierend betriebenen Adsorptionsspeichers untersucht. Zielwert ist eine effektive Energiedichte von 180 kWh pro Kubikmeter bei einem nutzbaren Temperaturhub von 30 K. Am KIT-TFT wird ein Beschichtungsverfahren für Adsorbentien auf Wärmeübertragerstrukturen entwickelt. Hierzu soll ein grundlegendes Verständnis der rheologischen Eigenschaften der verwendeten Schlicker, der Beschichtung und Trocknung, der Kinetik und der Adsorptionsdynamik geschaffen werden. Das KIT-FSM übernimmt die Gesamtkoordination (AP5) des Vorhabens MAKSORE und arbeitet an der Systemmodellierung und -simulation des kaskadierenden Sorptionsspeichers (AP A.3). Als aussichtsreich identifizierte Systemkonfigurationen werden in AP 4 einer detaillierten techno-ökonomischen Bewertung unterzogen. Das KIT-TFT konzentriert sich in AP A.1 auf das Beschichtungsverfahren für flache sowie strukturierte Substrate. Hierfür werden in AP A.1.2 die benötigten Schlicker hergestellt, charakterisiert und optimiert, in AP A.1.3 wird ein geeignetes Beschichtungswerkzeug entwickelt und evaluiert, und in AP A.1.4 wird der Trocknungsschritt näher untersucht. Für den gesamten Adsorptionsprozess werden die einzelnen Teilprozesse charakterisiert und modelliert.
Das Projekt "Mobile Sorptionsspeicher zur industriellen Abwärmenutzung - Grundlagen und Demonstrationsanlage (MobS II)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. durchgeführt. Ziel des hier vorgeschlagenen Vorhabens ist es, zum einen Verbesserungspotenziale bezüglich der technischen und wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit der Sorptionstechnik aufzuzeigen und zu bewerten, zum anderen die Machbarkeit des Konzeptes in einer Demonstrationsanlage nachzuweisen. Dabei soll das konkrete Umsetzungspotenzial in Industriebereichen wie der thermischen Abfallbehandlung und der Stahlproduktion ermittelt werden. Gleichzeitig sollen Optimierungsmöglichkeiten im Bereich Materialentwicklung ausgelotet werden. Schließlich sollen alternative Verfahrenstechniken, die weniger aufwendige Speicherbehälter erfordern, in Machbarkeitsstudien theoretisch untersucht und bewertet werden. Die Demonstrationsanlage soll aus einer Ladestation bei der Müllverbrennungsanlage Hamm, mehreren Speichercontainern und einer Entladestation bei einem Wärmeverbraucher im Umkreis von ca. 10 km bestehen. Als geeigneter Verbraucher wurde die Firma Jäckering identifiziert, die energieaufwändige Trocknungsprozesse in ihren Werken betreibt. In dieser Konstellation könnte eine hohe Auslastung des mobilen Speichers realisiert werden. Die Leistungsfähigkeit der Anlagen soll vermessen und der Betrieb der Demonstrationsanlage soll über einen längeren Zeitraum überwacht und optimiert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Systemsteuerung und Energiemanagement, Verbundkoordination" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von B & O Gebäudetechnik GmbH & Co. KG durchgeführt. 1. Vorhabenziel Die Erhöhung des Nutzungsgrads von fossiler und regenerativer Primärenergie ist eine wesentliche Aufgabe, um die globalen Klimaschutzziele zu erreichen. Wärmespeicher spielen dabei eine elementare Rolle, um (Ab-) Wärme zu speichern und so den zeitlichen Ausgleich von Wärmeangebot und -bedarf, z. B. in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zu ermöglichen. Die sorptive Wärmespeicherung bietet grundsätzlich große Vorteile hinsichtlich Speicherdichten, minimierten Wärmeverlusten und möglichen Temperaturniveaus. Projektziel ist die Entwicklung eines leistungsfähigen, kosteneffizienten und modular aufgebauten Wärmespeichers im Hinblick auf eine Anwendung im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung. Dazu soll der Anwendungsbereich der Technologie durch die systematische Entwicklung von neuartigen Komposit-Adsorbentien auf den Temperaturbereich von deutlich unter 110 Grad C erweitert werden. 2. Arbeitsplanung Der Arbeitsplan verfolgt einen integrierten Ansatz aus Material-, Komponenten- und Prozessentwicklung sowie fertigungsoptimierter Konstruktion. In der ersten Projektphase sollen eine Reihe von innovativen Ansätzen bezüglich der einzelnen Entwicklungsfelder im Labor- und Technikumsmaßstab entwickelt und erprobt werden. Diese sollen dann in der zweiten Projektphase in einer großen Anlage zusammengeführt und unter praxisnahen Bedingungen erprobt werden.
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