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Das von der NRP unterstützte Kooperationsprojekt SmartTS (Smart Thermal Storage) wurde mit vielversprechenden Ergebnissen abgeschlossen. Es soll im Rahmen eines Push-Innovationsschecks fortgesetzt werden, um eine thermische Batterie auf der Grundlage von Phasenwechselmaterialien (PCM) auf den Markt zu bringen.

Die Produktion von erneuerbaren Energien ist stark gestiegen. Bei Solar- und Windenergie gibt es jedoch Produktionsspitzen, die nicht mit dem tatsächlichen Heizbedarf übereinstimmen. Die SmartTS-Partner wollen eine thermische Batterie auf den Markt bringen, die die in Gebäuden erzeugte erneuerbare Energie speichert.

SmartTS knüpfte an ein erstes, von Innosuisse finanziertes Forschungsprojekt an, in dessen Rahmen eine Thermobatterie auf der Grundlage von Phasenwechselmaterialien (PCM) entwickelt wurde, die bei Temperaturen knapp über der Umgebungstemperatur schmelzen und so grosse Mengen an Energie speichern, die abgegeben werden, wenn sich die Materialien wieder verfestigen. Die Thermobatterie wird über einen Warmwasserkreislauf geladen, der mit erneuerbarer Energie gespeist wird. Zum Entladen wird die Batterie mit Umgebungsluft belüftet, die sich auf die Temperatur des flüssigen PCMs erwärmt.

„Die während SmartTS durchgeführten Tests haben sehr überzeugende Ergebnisse geliefert“, erklärt Jacques Robadey, der Leiter des Kooperationsprojekts. „Die Batterie hat eine Wärmespeicherung von 4,25 kWh, eine Heissladeleistung von 6,2 kW und eine Heiss- und Kaltentladung von 550 W erzielt.“

Für die Forscher sind diese Wärmebatterien ideal für Renovationsbauten - und auch für Neubauten denkbar. Die Installation von drei Wärmebatterien mit einem Gewicht von je 100 kg (davon 53 kg PCM) sollte für ein Einfamilienhaus ausreichen, wobei die Gas- oder Ölheizungen als Unterstützung beibehalten werden können. Die Forscher haben errechnet, dass bei einer industriellen Produktion jede Batterie inklusive Installation 6'060 Franken kosten würde. Die Investition von etwas mehr als 18'000 Franken für ein Haus wäre also geringer als die Investition, die für den Kauf einer Wärmepumpe erforderlich ist. Somit ist die Reduktion der Treibhausgasproduktion pro investiertem Franken 30% höher als bei der Installation einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.

Thermobatterien haben darüber hinaus wichtige Vorteile: Sie können Räume heizen, kühlen und auch belüften: „Die Thermobatterie kann nicht nur heizen, sie ist auch in der Lage, im Sommer die Nachtkälte zu speichern, um sie zur wärmsten Tageszeit wieder abzugeben. Andererseits messen CO2-Sensoren der Firma Sensortec die Luftqualität, um den Luftaustausch zum richtigen Zeitpunkt zu aktivieren und bei ausreichender Luftqualität wieder zu deaktivieren.“

Das Ziel des Systems ist es, ein Gebäude mit einer MINERGIE-Isolierung von März bis November thermisch unabhängig und im Winter nahezu autark zu machen. Die gewählten PCMs können 10'000 Zyklen ohne Beschädigung überstehen, was bei täglichem Laden und Entladen 30 Jahren entspricht, was weit über der Lebensdauer von elektrischen Batterien liegt.

Im Rahmen des Kooperationsprojekts SmarTS konnte das Gerät dank der gebündelten Kompetenzen der verschiedenen Partner bis zur Produktionsreife gebracht werden. Aufgrund der überzeugenden Ergebnisse wird das Projekt mit einem Push-Innovationsscheck fortgesetzt, der dazu dient, „Proof-of-Concepts“ und Prototypen zu erstellen. Die Forscher möchten vor allem noch mehr Parameter messen, insbesondere die Kühlkapazität der Gebäude während der Nacht. Ausserdem werden sie einen Showroom einrichten, in dem die Fähigkeiten der Anlage demonstriert werden können.

Projektpartner

Aeby + Mouthon Architectes, Belimo, Sensortec, SINEF, Technic 360, Wago Contact AG, WT Wärmeaustausch Technologien AG, HTA-FR, Institut Energy, Institut ISIS

Redaktion : Charly Veuthey