Als wir uns daranmachten, einen Warmwasserbereiter zu bauen, der Wärme aus jeder Quelle aufnehmen kann – Solarkollektoren, Wärmepumpe oder beides gleichzeitig –, war nie der Speicher selbst die eigentliche Herausforderung, sondern das, was in seinem Inneren geschieht. Im August 2024 schloss Solimpeks ein Projekt im Rahmen des TÜBİTAK-1707-F&E-Auftragsprogramms (Nr. 3225050) ab, das in enger Zusammenarbeit mit Innorma R&D, dem F&E-Start-up von Solimpeks, durchgeführt wurde: Entwickelt und gefertigt werden sollten Plug-and-Play-Warmwasserspeicher, die mehrere thermische Energiequellen für höhere Effizienz und einfachere Installation vereinen.
Was hat das TÜBİTAK-1707-Projekt hervorgebracht?
Das Projekt brachte Prototypen in vier Größen hervor, von denen jede für eine eigene Aufgabe ausgelegt ist:
| Inhalt | Wesentliches Konstruktionsmerkmal | Hauptaufgabe | | --- | --- | --- | | 300 L | Kompaktes, anwenderfreundliches Format | Haushaltsanwendungen, im europäischen Markt bevorzugt | | 500 L | Perforierter Diffusor, der kaltes Zulaufwasser nach unten leitet | Einsatz als Pufferspeicher, der Temperaturschwankungen ausgleicht | | 800 L | Ineinander liegende Rohrwendel – DN40 außen für den Wärmeeintrag, DN16 innen für den Wasserdurchfluss | Höhere Wärmeübertragungseffizienz ohne größere Stellfläche | | 1000 L | Spiralförmige untere Rohrwendel plus kaminartiges Leitblech | Größerer Bedarf mit schnellerer Warmwasserbereitstellung |
Alle vier Speicher beziehen Wärme aus unterschiedlichen Quellen – Solarenergie über eine Rohrwendel, eine Wärmepumpe über eine weitere – und liefern dabei gleichbleibend warmes Wasser. Das Plug-and-Play-Format hält den Installationsaufwand minimal und macht die Geräte ideal für Nachrüstungen in Wohnhäusern und kleinen Einrichtungen. Es dient außerdem übergeordneten Zielen, darunter den Zielen der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung: Energieeinsparung, geringere Emissionen und Exportpotenzial in Europa, im Nahen Osten und in Afrika.
Wie haben wir die Prototypen entwickelt und getestet?
Die Arbeit erstreckte sich über 24 Monate in strukturierten Arbeitspaketen. Wir begannen mit den Modellen 300 L und 1000 L und erstellten CAD-Zeichnungen nach TS EN 12897 und ASHRAE 118.2. Zwei Neuerungen stachen heraus: die spiralförmige untere Rohrwendel, die die Vermischung der Temperaturschichten minimiert, und das kaminartige Leitblech, das die natürliche Konvektion des erwärmten Wassers beschleunigt und die Zeit bis zum nutzbaren Warmwasser verkürzt. Die Rohrwendel wurden aus flexiblem Edelstahl 316L gefertigt und bestanden Schweißprüfungen, Dichtheitsprüfungen im Tauchbad und hydrostatische Druckprüfungen bei 8 bar. Ausdehnungsgefäße, Umwälzpumpen, Entlüfter und ein Resol-DeltaSol-Regler wurden für einen intelligenten Betrieb integriert.
Die Optimierung kombinierte TRNSYS-Modellierung mit NSGA-II-Algorithmen, um die Rohrwendellängen zu verfeinern; dadurch stiegen die Austrittstemperaturen um 2–3 °C, und die internen Temperaturgradienten sanken um mehr als 11 °C. Bis Mitte 2023 wurde das Prototyping auf die Modelle 500 L und 800 L ausgeweitet; CFD-Simulationen bewerteten das Beladen auf 50–60 °C und Entnahmen mit 16–24 L/min, und der Abgleich mit ersten Tests ergab starke Korrelationen mit leichten Abweichungen in der tatsächlichen Strömungsdynamik.
In der Abschlussphase, die Mitte 2024 endete, wurden die Geräte unter standardisierten Bedingungen getestet – Umgebungstemperaturen von 18–20 °C, Zulaufwasser mit 13–15 °C –, wobei das gespeicherte Wasser auf 50 °C oder 60 °C aufgeheizt und anschließend bei unterschiedlichen Volumenströmen entnommen wurde, mit und ohne Mischventil, das eine Ausgangstemperatur von 40 °C hielt. Die von speicherprogrammierbaren Steuerungen aufgezeichneten Temperaturdaten stimmten eng mit den CFD-Vorhersagen überein.
Vor welchen Herausforderungen standen wir, und was hat das Projekt erreicht?
Die verfeinerten Rohrwendelgeometrien erzwangen Änderungen an den Tragkonstruktionen und an den Schweißverfahren für das flexible Rohr; frühe Chargen zeigten bei den Dichtheitsprüfungen im Tauchbad kleinere Undichtigkeiten, bis die Crimp-Parameter angepasst wurden. Bei Sollwerten über 55 °C erreichte die Wärmepumpe des Prüfstands ihre Einsatzgrenze, sodass der elektrische Heizstab als Zusatzheizung übernahm (die Rückfallebene, für die diese Speicher ausgelegt sind), was den Zeitplan um zusätzliche Testzyklen verlängerte. Fortschrittliche Dämmoptionen lagen außerhalb des Projektumfangs; sie hätten nur marginale Effizienzgewinne gebracht.
Die Ergebnisse rechtfertigten den Aufwand. Die ineinander liegenden Rohrwendel des 800-L-Modells erreichten eine um 20–30 % bessere Energieübertragung und lieferten 300–500 Liter Wasser mit 40 °C pro Zyklus. Der 500-L-Diffusor verlängerte die Entnahmedauer und stärkte so seine Pufferfunktion. Insgesamt erreichten die Zapfmengen bei erhöhten Volumenströmen mit Mischventil 400–700 Liter und übertrafen dabei in der anhaltenden Leistung oft die Erwartungen aus den Simulationen. Ein entscheidender Moment kam bei den Beratungen über die Windungsabstände der Rohrwendel, die nach iterativen Prototypen in einem Hybrid mit offenem Crimp mündeten, der Oberfläche und Lebensdauer ausbalancierte.
Für wen sind diese Warmwasserbereiter gedacht?
Überall dort, wo ein stetiger Wärmebedarf besteht und man keine aufwendige Installation wünscht: Wohnhäuser, Krankenhäuser, Hotels, Wohnheime und Fabriken. Auch Installationsbetriebe und Energieunternehmen gehören zu den wichtigsten Anwendern, angezogen von der wachsenden Nachfrage nach Systemen, die ältere Anlagen übertreffen und zugleich schonender für Nutzer und Umwelt sind. Mit Inhalten von 300 bis 1000 Litern reicht die Baureihe von Nachrüstungen in kleinen Wohnungen bis zu größerem gewerblichem Bedarf.
Wie geht es weiter?
Dieses Projekt ist eines von 8 TÜBİTAK-geförderten Projekten, die Solimpeks seit 2009 durchgeführt hat, und es stärkt unsere Position bei innovativer thermischer Energiespeicherung. Aufbauend auf früheren Arbeiten – Gebäudesanierungsinitiativen im Rahmen von EU Horizon 2020 und TÜBİTAK-geförderten Entwicklungen wie hybriden PVT-Systemen – untersuchen wir weitere Integrationen, etwa das automatische Umschalten zwischen Wärmequellen für einen optimierten Betrieb. Anfragen zu Partnerschaften oder zu einem ausführlichen Gespräch über die Technik sind uns willkommen.
