Projekt 06295/01

Entwicklung von großflächigen Folienspeicherkollektoren zur Serienreife

Projektdurchführung

Universität HohenheimInstitut für Agrartechnik in den Tropen und Subtropen
Garbenstr. 9
70593 Stuttgart

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die am Institut entwickelten großflächigen Folienspeicherkollektoren haben sich in südeuropäischen Ländern bewährt. Da die Folienspeicherkollektoren nicht nur in mediterranen, sondern auch in mitteleuropäischen Ländern eingesetzt werden sollen, müssen sie an die unterschiedlichen klimatischen Verhältnisse angepaßt werden. Die Weiterentwicklung umfaßt sowohl eine konsequente Reduzierung des Material-, Fertigungs- und Installationsaufwands als auch eine Verbesserung der Betriebssicherheit und der Wartungsfreundlichkeit. Um die Markteinführung der Kollektoren nach Abschluß des Vorhabens zu gewährleisten, wird ein Industriepartner in das Vorhaben mit einbezogen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Folienspeicherkollektoren werden an die klimatischen Verhältnisse in Mitteleuropa (Frost, Schneefall) angepaßt. Hierbei werden konstruktive Änderungen vorgenommen und geeignete Werkstoffe eingesetzt. Weiterhin sollen kostenintensive Kunststoff- Schweißarbeiten an den Folienspeichern vermieden werden. Dies soll durch den Einsatz von extrudierten Folienschläuchen und Klemmprofilen erreicht werden. Im Verlauf dieser Untersuchungen soll auch geklärt werden, ob der Absorber durch Einfärben des Speicherwassers mit Ruß eingespart werden kann. Die Längenänderungen des Folienschlauchs bei saisonal bedingten Temperaturschwankungen sollen durch die Entwicklung geeigneter Schlauchanschlüsse kompensiert werden. Ebenso soll eine integrierte höhenverstellbare Aufständerung entwickelt werden, welche zur Minimierung der Montage- und Installationszeit beiträgt. Desweiteren soll die Rezyklierbarkeit des Kollektorsystems durch den Einsatz recyclefähiger Kunststoffe verbessert werden. Auf den Kunststoff PVC soll wegen seinen fragwürdigen Umwelteigenschaften verzichtet werden. Hierzu sind Eignungstests mit diversen anderen Kunststoffen notwendig. Weiter soll eine einfache und kostengünstige Regelung für Folienspeicherkollektoren entwickelt werden, die eine Anpassung der Wärmeabgabe des Kollektors an das Bedarfsprofil bewirkt. Um mit dem entwickelten Kollektorsystem an öffentlichen Ausschreibungen teilnehmen zu können, muß das Kollektorsystem einem TÜV-Test unterzogen und ein TÜV-Zertifikat ausgestellt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Durch eine konsequente Ausnutzung aller vorhandenen Sparpotentiale konnten die Wärmegestehungskosten des Folienspeicher- Kollektorsystems deutlich gesenkt werden. Weitere Kosten-senkungen sind nur noch unter den Rahmenbedingungen einer Großserienproduktion möglich.

Um das Kollektorsystem an mitteleuropäische Klimabedingungen anzupassen, wurden Wärmetauscher, Pumpe und Regelsystem zu einer Funktionseinheit zusammengefaßt und in das Gebäudeinnere verlegt. Konstruktive Änderung am Kollektor selbst sowie ein Einsatz geeigneter Werkstoffe machen das System frostsicher.

Durch den Verzicht auf geschweißte Materialverbindungen erübrigt sich eine zeit- und somit kostenintensive Kontrolle der Schweißnähte. Die neuentwickelten Verbindungselemente haben sich in Tests bewährt und ermöglichen eine schnelle Montage und einen leichten Austausch defekter Komponenten.

Zur bedarfsangepaßten Wärmeeübertragung wurde ein Regelsystem entwickelt, welches die thermodynamischen Eigenschaften des Folienspeicher-Kollektors besonders berücksichtigt und sich zu Nutzen macht. Es ist modular aufgebaut und kann leicht an verschiedene Kollektorgrößen und Betriebsbedingungen angepaßt werden. Eine vollständige Integration in ein bestehendes Gebäude-Leittechnik-System ist möglich.

Um den Absorber einzusparen, wurden Versuche mit Rußdispersionen durchgeführt, welche gleichzeitig als Strahlungsabsorber und als Wärmeträgermedium dienen. Gegenüber nichtselektiven Absorbern wurden bei Rußdispersionen in niedrigen Konzentrationen leichte Steigerungen der Ausbeute verzeichnet. Sehr problematisch ist allerdings das Verhalten von Rußdispersionen bei Einfrier- und Auftauvorgängen im Winter. Nach wenigen Phasenübergängen kommt es zu einer kompletten Entmischung der Rußpartikel und des Wassers. Die Leistungsfähigkeit nimmt dann sehr stark ab, so daß ein Einsatz in der Praxis sehr fragwürdig scheint.

Die Rezyklierbarkeit des Kollektorsystems wurde verbessert. Große Teile des Kollektors bestehen aus Stahl, Polyethylen oder Polypropylen, welche problemlos rezyklierbar sind. Eine sortenreine Trennung der unterschiedlichen Bauteile ist leicht möglich. Einschränkungen bestehen jedoch beim Metallklammerband und bei den Wärmedämmpaneelen.

Ein TÜV-Test wurde nicht durchgeführt, da die Kosten hierfür den Rahmen des Projekts überschritten hätten. Da keine verbindlichen Richtlinien für die Durchführung von Tests mit Folienspeicherkollektoren existieren, wären die Ergebnisse nicht vergleichbar und somit fragwürdig gewesen.

Die Folienspeicher-Kollektoren sind ein System, welches große Mengen an Warmwasser im Niedertemperaturbereich in Abhängigkeit von den Randbedingungen zu Wärmegestehungskosten von etwa 0,07 - 0,15 DM/kWh produzieren kann. Seine potentiellen Einsatzmöglichkeiten liegen bei Großgebäuden wie etwa Hotels, Schulen, Krankenhäusern.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der Testkollektor auf dem Versuchsgelände in Hohenheim dient Besuchern des Instituts und weiteren Interessenten als Anschauungsobjekt. In Kooperation mit unserem Projektpartner wurden an potentielle Kunden mehrfarbige Broschüren verschickt.


Fazit

Das Hohenheimer Folienspeicher-Kollektorsystem ist technisch ausgereift und kann in Serie produziert werden. Noch offene Fragestellungen können nur durch einen langfristigen Einsatz in der Praxis beantwortet werden. Als nächster Schritt muß nun die Markteinführung erfolgen.