EnerKMU -Hochleistungs-PCM-Speichersystem mit Wasserstrahlpumpe zur Abdeckung von Warmwasserspitzen in Hotelgebäuden

Hintergrund

Die LEM Low-Energy-Management GmbH aus Nürnberg bringt planerische Kompetenz in den Bereichen Energietechnik sowie Lüftungs-, Sanitär- und Klimatechnik in das Vorhaben ein. Ergänzt wird dieses Profil durch Erfahrung in der bauphysikalischen und heizungstechnischen Beratung, der Integration erneuerbarer Energien sowie der Ausführungsplanung.

Bei der Trinkwarmwasserbereitung in Hotels und vergleichbaren Gebäuden treten häufig kurzzeitige hohe thermische Spitzenlasten auf. Klassische großvolumige Warmwasserspeicher können diese Lasten zwar abdecken, verursachen jedoch erhöhte Bereitschaftsverluste und stellen hohe Anforderungen an Hygiene, Platzbedarf und Systemintegration. Ein kompakter PCM-Latentwärmespeicher kann hier als thermischer Leistungspuffer eingesetzt werden und die Wärmeerzeugung gezielt entlasten.

Zielsetzung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Bewertung eines kompakten PCM-Speichersystems zur effizienten Abdeckung hoher Zapfspitzen bei der Trinkwarmwasserbereitung. Der Speicher wird heizwasserseitig mit einer Frischwasserstation gekoppelt, sodass Trinkwarmwasser hygienisch im Durchfluss erzeugt wird. Im Fokus stehen eine leistungsfähige Speicherarchitektur, geeignete PCM-Materialien, optimierte Wärmeübertragerflächen sowie eine hydraulisch und regelungstechnisch robuste Einbindung.

Durch Simulationen zu Strömung, Wärmeübertragung, Temperaturverteilung, Schichtung, Druckverlusten sowie Lade- und Entladeverhalten sollen geeignete Speichergeometrien und Betriebsstrategien abgeleitet werden. Ergänzend wird geprüft, ob verfügbare PCM-Materialien die Anforderungen hinsichtlich Temperaturbereich, Speicherdichte, Wärmeleitfähigkeit, Zyklenstabilität und Kosten erfüllen oder ob eine Materialanpassung erforderlich ist.

Inhalte

Die inhaltlichen Schwerpunkte des Vorhabens liegen auf der Analyse bestehender Systeme in Bestandshotels sowie auf der Entwicklung nachrüstbarer Lösungskonzepte für die energetische Optimierung der Warmwasserbereitung. Hierzu werden vorhandene Anlagenstrukturen, Betriebsweisen und technische Randbedingungen systematisch erfasst und bewertet. Auf dieser Grundlage erfolgt die Auswertung von Verbrauchsdaten und Lastprofilen, um charakteristische Bedarfsverläufe und energetische Schwachstellen zu identifizieren. Darauf aufbauend werden technische Konzepte für die Nachrüstung entwickelt, die auf die jeweiligen Gebäudebestände und Nutzungsprofile abgestimmt sind.

Ergebnisse: Gemeinsamer Projektantrag KMU-innovativ

Über EnerKMU wurde die gemeinsame Basis für den geplanten Projektantrag geschaffen. Darauf aufbauend soll das Vorhaben als gemeinsamer Antrag im Rahmen von KMU-innovativ weiterentwickelt und eingereicht werden.

Als Projektpartner sind unter anderem Fraunhofer ICT, LEM Low-Energy-Management GmbH sowie W. Baelz & Sohn GmbH & Co. vorgesehen. Weitere Partner können abhängig vom Entwicklungsbedarf, der Fertigungsperspektive und der späteren Systemanwendung ergänzt werden.

Das Projekt soll außerdem die Voraussetzungen für eine spätere Großserienfertigung schaffen. Bereits in der Entwicklungsphase werden Fertigbarkeit, Modulbauweise, Montageaufwand, Materialverfügbarkeit, Wartungszugänglichkeit, Kostenstruktur und Skalierbarkeit berücksichtigt. Ziel ist ein technisches Konzept, das nicht nur im Pilotbetrieb funktioniert, sondern perspektivisch industriell reproduzierbar und wirtschaftlich herstellbar ist.

Als Ergebnis sollen ein technisch validiertes Speicherkonzept, geeignete PCM- und Wärmeübertragerlösungen, Simulations- und Auslegungsgrundlagen, eine Regelstrategie für Speicher und Wasserstrahlpumpe sowie Bewertungskriterien für Wirtschaftlichkeit, Energieeinsparung und CO₂-Minderung entstehen.

Projektpartner