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Das klassische Problem:

Jeder Zulauf verwirbelt mehr oder weniger den gesamten Speicherinhalt. Der Speicher weist dadurch schnell ein einheitliches Temperaturniveau auf. Das Temperaturniveau reicht dann oft nicht aus, um die Heizung zu betreiben oder Trinkwasser zu erwärmen.

Ein Nachheizen durch den Brenner ist die kostspielige Konsequenz dieser Systeme.

Wie sehen gute Schichtspeicher aus?

Wie können die physikalischen Eigenschaften des Heizungswassers in einem Schichtspeicher optimal genutzt werden?
Ganz einfach - indem folgende grundlegende Vorgaben berücksichtigt werden:

1. Metalleinbauten

schichtspeicher oskar schnittmodell

Schichtsystem oder anderweitige Einbauten im Speicher dürfen nicht aus metallischen Werkstoffen bestehen. Metalle sind gute Wärmeleiter und würden unterschiedliche Temperaturschichten wieder schnell angleichen und vermischen.

Oskar´s Schichteinsatz ist aus dickwandigem Kunststoff und deshalb ein "Isolator".

2. Innenliegende Wärmetauscher

Im Speicher dürfen sich keine Wärmetauscher befinden. Diese "thermischen Rührwerke" würden unerwünschte Strömungen erzeugen und Temperaturschichten zerstören, bzw. Schichten mit unterschiedlichen Temperaturen vermischen.

Unsere Wärmetauscher sind außen angebracht, was zusätzlich eine Wartung oder evtl. Reparatur erleichtert.

3. Strömungsgeschwindigkeit minimieren

Ein weitestgehend beruhigtes ("laminares") Einströmen von relativ großen Wassermengen in das Speichervolumen ist nur über Mehrkammernsysteme möglich: Strömungen in Rohren erzeugen, je nach Geschwindigkeit, immer einen Über- bzw. Unterdruck (Venturieffekt).

Dieses Prinzip haben wir der Natur abgeschaut. Der See ist der beste Schichtspeicher. Er beruhigt seine Zuläufe durch Querschittsvergrößerung. In der Seemitte kann man im Sommer beim Schwimmen die Schichten spüren.

4. Vorsortierung

Generell ist eine Vorsortierung unterschiedlicher Temperaturniveaus (heiß, warm, kühl) erforderlich, da sich sonst aufgrund zu großer Temperaturdifferenzen und zugleich großen Höhendifferenzen auch über thermische Auf- und Abtriebsgeschwindigkeiten (Naturgesetz der Schwerkraft) dynamische, turbulente Strömungen im Speicher ergeben würden.

Perfekte Umsetzung

Schichtspeicher OSKAR-10/... von ratiotherm
Der thermohydraulische 5-Kammern-Schichteinsatz von OSKAR-10/... besteht aus einem wärme­beständigen, jedoch Wärme schlecht leitenden und Wärme isolierenden Kunststoff und hat je nach Speichergröße bzw. erforderlichem Volumenstrom ein oder mehrere Basis-Haupt­rohr(e) mit entsprechend dimensionierten innenliegenden „Einström- und Schichtkammern“.

Über diesen Schichteinsatz mit seinem ausgeklügelten und genau auf OSKAR-10/... und dessen Einsatzbereiche abgestimmten Anschlusssystem – aus ebenfalls wärmebeständigen und dickwandigen, gut Wärme isolierenden Kunststoffrohren – erfolgt die Einspeisung bzw. Entnahme von Wärmeströmen – oder auch anders ausgedrückt: das Be- und Entladen von OSKAR-10/...

Durch die wesentlich größeren Querschnitte dieses Kammernsystems gegenüber den Anschlussrohren wird die Strömungsgeschwindigkeit (Dynamik, kinetische Energie) des Speichermediums Wasser auf ein Minimum reduziert.

Durch das extrem langsam fließende, fast stehende Wasser und die integrierten Wasser-Umlenkungen in den Kammern kann sich dann nach dem physikalischen Gesetz der Schwerkraft (warmes Wasser ist leichter als kaltes) ungestört der Effekt eines ruhigen Auf- und Abtriebs einstellen.

Warum Temperaturen schichten?

schichtspeicher oskar schichtenspeicher

Die unterschiedlichen Wärmeerzeuger (Solar, Holz etc.) variieren in ihrer Leistungsabgabe sehr stark und liefern damit auch sehr unterschiedliche Temperaturen.

Werden diese nicht vermischt, sondern in Schichten gespeichert, so bleibt ihr Energiegehalt voll erhalten und kann sinnvoll für Heizung oder Trinkwassererwärmung genutzt werden.

Mechanische Schichtspeicher

  • arbeiten sehr häufig mit Speicheranschlüssen von außen in unterschiedlichen Höhen.
  • über per Regeltechnik gesteuerte Ventile werden dann die Wärmeströme mit unterschiedlichen Temperaturen direkt dem Speichervolumen zugeführt.
  • nachteilig wirken sich die vielen seitlichen Anschlüsse aus: Diese durchbrechen die Speicherisolierung und führen so zu einer erhöhten „Entwärmung“ des Speichers.
  • außerdem sind zerstörende Auswirkungen auf vorhandene Temperaturschichten im Speicher kaum zu vermeiden. Die notwendige Regeltechnik bei "mechanischen" Schichtspeichern ist, je nach System, sehr aufwändig und unterliegt der gesamten Problematik von Wartung, Störungen und Verschleiß.
  • laufende Kosten für Service und Instandhaltung sind unumgänglich.

Thermohydraulische Schichtspeicher

Thermohydraulische Schichtspeicher mit Einkammernsystemen und integrierten Wärmetauschern zur Solarenergienutzung funktionieren relativ gut.

Das Handling von größeren Volumenströmen und/oder unterschiedlichen Rücklauftemperaturen aus den Verbraucherkreisen ist jedoch problematisch und führt häufig zur Durchmischung der Temperaturschichten.

Der ratiotherm Schichtspeicher OSKAR

schichtspeicher oskar schnittmodell

Die von ratiotherm entwickelte thermohydraulische Schichtspeichertechnik

- mit den 5-Kammern-Schichteinsätzen im OSKAR-10/...

oder Sonderschichteinsätzen in ratiotherm-Sonderschichtspeichern

- sortiert unterschiedliche Termperaturniveaus über ein genau auf den jeweiligen Speichertyp speziell abgestimmtes Anschlusssystem vor.

Alle Anschlüsse werden von unten durch den Boden in den Speicher eingeführt und münden in der entsprechenden Temperaturzone des Mehrkammernsystems des Schichteinsatzes.

Über diese Beruhigungs- und Schichtkammern steigen die Wärmeströme wie in einem "Lift" in der Speichermitte vollkommen beruhigt und verwirbelungsfrei auf und ab.

Das Zu- und Abführen von Wärmeströmen in die bzw. aus den entsprechenden Temperaturschichten des Speichervolumen-Bereichs erfolgt nach Temperaturen sortiert.

Mit dieser Technik erreicht man in der Praxis die meisten Temperaturzonen.