innoBeLs

innoBeLs – Innovative Behälterkonzepte für nachhaltige Eisspeicher

In solar betriebenen kalten Nahwärmenetzen sind Eisspeicher eine zentrale Technologie zur saisonalen Energiespeicherung. Bisher verwendete Betonbehälter mit zwei Wärmeübertrager-Rohrschlangen aus PE-X (vernetztes Polyethylen) sowie einer Befestigungskonstruktion der Wärmeübertrager aus Aluminiumprofilen weisen jedoch hohe Umweltbelastungen auf, insbesondere durch Materialeinsatz und Primärenergieaufwand bei Herstellung und Entsorgung.

Das Forschungsprojekt innoBeLs setzt hier an und hat die Entwicklung eines innovativen und ressourcenschonenden Behälterkonzepts zum Ziel. Basierend auf Erkenntnissen aus früheren Forschungsprojekten werden alternative Bauweisen wie Erdbecken- oder Kies-Wasser-Speicher untersucht. Erste Analysen zeigen, dass solche Konzepte die Umweltwirkungen und Treibhausgasemissionen um bis zu 50 % sowie die Lebenszykluskosten um ca. ein Drittel reduzieren können. Je größer die Speicherkapazität des Eisspeichers ist, desto höher sind die Einsparpotenziale.

Ein zentraler Forschungsaspekt von innoBeLs ist die Optimierung der Wärmeübertrager, da deren Länge bereits bei einem Speichervolumen von 100 m³ mehrere Kilometer beträgt. Durch innovative Designansätze sollen Materialverbrauch, Kosten und ökologische Auswirkungen minimiert werden. Zudem legt das Projekt großen Wert auf die Skalier- und Standardisierbarkeit der neu zu entwickelnden Behälterlösungen, um eine Kostendegression und Weiterverbreitung dieser Technologie voranzutreiben.

Darüber hinaus stellte sich die Beladungszustandserkennung in Latentspeichern wie Eisspeichern bisher als Herausforderung dar, da sich hier der Beladungszustand auch bei gleichbleibender Temperatur ändern kann. Hierfür werden zuverlässige und kostengünstige Lösungen entwickelt.

Zur Erreichung der Projektziele werden sowohl experimentelle Arbeiten als auch thermische, strukturmechanische, strömungsmechanische und System-Simulationen durchgeführt. In diesen Arbeiten und Simulationen werden u. a. die Eisbildung an neuen Behälter-Bestandteilen, die Statik des neuen Behälterkonzepts, die Funktionsfähigkeit von neuen Beladungszustandssensoren sowie die Systemintegration des neuen Behälterkonzepts erforscht.

Basierend auf den Ergebnissen der Analyse mehrerer neu entwickelter Behälterkonzepte, soll ein Konzept für einen innovativen Eisspeicher in einer Versuchsanlage im realen Einsatz umgesetzt, messtechnisch analysiert und ausführlich ökonomisch und ökologisch entlang des gesamten Lebenszyklus betrachtet werden.

Mit dem steigenden Bedarf an Wärmenetzen durch aktuelle gesetzliche Vorgaben wie das Wärmeplanungsgesetz (WPG) und die daraus resultierenden kommunalen Wärmepläne wird der Einsatz effizienter Eisspeicher immer relevanter – insbesondere für Neubaugebiete in Kombination mit kalten Wärmenetzen und dezentralen Wärmepumpen in den einzelnen Gebäuden. Das Vorhaben innoBeLs leistet damit einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Wärmeversorgung der Zukunft.

01/2025 - 12/2028

Wissenschaftlicher Projektpartner: 

Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) der Universität Stuttgart
www.igte.uni-stuttgart.de

Industrieller Projektpartner: 

Viessmannn Deutschland GmbH
www.viessmann.de  

Das Projekt innoBeLs wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages durch den Projektträger Jülich (PTJ) unter dem Förderkennzeichen 03EN6049 gefördert. Die Autoren danken für die Unterstützung und übernehmen die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung.