Wärmespeicherung mit unterkühltem Phasenwechselmaterial

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Waltraud Auttenberg
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1 Wärmespeicherung mit unterkühltem Phasenwechselmaterial Dipl. Ing. Institut für Wärmetechnik Technische Universität Graz Kompakte thermische Energiespeicher 1 Phasenwechselmaterialien Nutzung der Energie beim Phasenwechsel (fest-flüssig) Eutektische Salzlösungen (Schmelzpunkte < C) Organische s (Paraffine) Salzhydrate (Natriumacetat) Kompakte thermische Energiespeicher 2

2 Latentwärmespeicher Enthalpie[kJ/dm³] Schmelztemperatur Latente Wärme Sensible Wärme Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 3 Unterkühlung Enthalpie[kJ/dm³] Unterkühlung Umgebungstemperatur Schmelztemperatur Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 4

3 Unterkühlung Enthalpie[kJ/dm³] Umgebungstemperatur Auslösung der Kristallisation Verlust Latente Wärme Sensible Wärme Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 5 Entwicklung eines kompakten thermischen Langzeitspeichers 3 Entwicklungslinien (A,B,C) LineC Phasenwechselmaterial: Nilan Kingspan DTU Kompakte thermische Energiespeicher 6

4 Aufgabenstellungen Ermittlung von Materialdaten Erstellen und Testen von Systemkomponenten Testen von Speicherprototypen Erstellen von Simulationsmodellen und Validierung System Optimierungen Kompakte thermische Energiespeicher 7 Enthalpie Enthalpie [kj/kg] % 466mg22-DSC 42% 354mg98-DSC 42% 57mg25-DSC 42 wt% T-History Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 8

Viskosität Dynamische Viskosität [Pa*s].5.

H2O Probe 48 w% H2O 1 3 5 7 9 Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 9

5 Viskosität Dynamische Viskosität [Pa*s] Sharma 42 w% H2O Probe 42 w% H2O Probe 44 w% H2O Probe 46 w% H2O Probe 48 w% H2O Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 9 Auslösemechanismen Absenken der Temperatur Zugabe von Kristallisationskeimen Erhöhung des Drucks Kompakte thermische Energiespeicher 1

Kristallisationstemperatur [ C] -5-1 -15-2 -25-3 -35 PP 42 w% Glas 42 w% PP

6 Auslösemechanismus (Temperatur) CO 2 Peltier Quelle: DTU Erneuerbare Energie Kompakte thermische Energiespeicher 11 Kristallisationstemperatur Kristallisationstemperatur [ C] PP 42 w% Glas 42 w% PP 46w% Glas 46 w% Auslösung der Kristallisation Kompakte thermische Energiespeicher 12

7 Auslösemechanismus (Keime) Zugabe von Kristallisationskeimen (kristallines Material) Kompakte thermische Energiespeicher 13 Prototyp Kompakte thermische Energiespeicher 14

Leistung [kw] 7 6 5 4 3 2 1 bei 25 kg/h 49 42 35 28 21 14 7.5 1 1.

8 Messaufbau Kompakte thermische Energiespeicher 15 Untersuchungen am Prototypen Validierung des Speichermodells Stabilität der Unterkühlung Auslösemethoden Leistung [kw] bei 25 kg/h Entladezeit [h] Rücklauftemperatur [ C] Erneuerbare Energie Kompakte thermische Energiespeicher 16

Simulationsmodell Bisher kein detailliertes Modell verfügbar Materialdaten, Unterkühlung und Auslösung Erneuerbare Energie 214-3 Kompakte thermische Energiespeicher 17 Validierung Simulationsmodell

9 Simulationsmodell Bisher kein detailliertes Modell verfügbar Materialdaten, Unterkühlung und Auslösung Erneuerbare Energie Kompakte thermische Energiespeicher 17 Validierung Simulationsmodell Temperatur [ C] Durchflussrate 25 kg/h T_VL [ C] T_RL_Mess [ C] T_RL_Sim [ C] Energie_Mess [kwh] Energie_Sim [kwh] Zeit [h] Energie [kwh] Kompakte thermische Energiespeicher 18

10 Betrachete Varianten(I) Solar Heizung Warmwasser Solar Heizung Warmwasser Solar Heizung Warmwasser Solar Heizung Warmwasser Bypass Kompakte thermische Energiespeicher 19 Erste Erkenntnisse Wärmetauscher Temperatur Entzogene Leistung speicher für Warmwasserbereitung Bypass-Konzept größtes Potenzial Kompakte thermische Energiespeicher 2

11 Betrachete Varianten(II) Solar Heizung Warmwasser Solar Bypass Heizung Warmwasser Kompakte thermische Energiespeicher 21 Materialdaten Enthalpiemessungen Neue Daten für Viskosität Fazit 3 Funktionsfähige Auslösemechnaismen CO2, Peltierelemente und Kristallisationskeime Validiertes Simulationsmodell Dynamische Anlagensimulation 4 Systemvarianten mit betrachtet Auswertung der Energie Exergie Bewertung der Speicherdichte Ergebnisse noch unbefriedigend Kompakte thermische Energiespeicher 22

12 Ausblick Verbesserung der thermischen Leistung Zugabe von Additiven (CMC, Graphit) Reduzierung des gehaltes Regelstrategie Pulsierender Betrieb Demonstrationsprototyp Validierung der Anlagensimulation Optimierung des Gesamtsystems Kompakte thermische Energiespeicher 23 Danksagung Die aktuellen Forschungen werden vom 7. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union durch das Projekt COMTES (Combined development of compact thermal energy storage technologies) mit der Projektnummer finanziert. Danke für die Aufmerksamkeit Kompakte thermische Energiespeicher 24

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