Wärmespeicherung mit unterkühltem Phasenwechselmaterial
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- Nicole Baum
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1 Wärmespeicherung mit unterkühltem Phasenwechselmaterial Dipl. Ing. Institut für Wärmetechnik Technische Universität Graz Kompakte thermische Energiespeicher 1
2 Phasenwechselmaterialien Nutzung der Energie beim Phasenwechsel (fest-flüssig) Eutektische Salzlösungen (Schmelzpunkte < 0 C) Organische PCM s (Paraffine) Salzhydrate (Natriumacetat) Kompakte thermische Energiespeicher 2
3 Enthalpie [kj/dm³] Latentwärmespeicher Schmelztemperatur Latente Wärme Sensible Wärme PCM Wasser Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 3
4 Enthalpie [kj/dm³] Unterkühlung Unterkühlung Umgebungstemperatur Schmelztemperatur PCM Wasser Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 4
5 Enthalpie [kj/dm³] Unterkühlung Umgebungstemperatur Auslösung der Kristallisation Verlust Latente Wärme Sensible Wärme PCM Wasser Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 5
6 Entwicklung eines kompakten thermischen Langzeitspeichers 3 Entwicklungslinien (A,B,C) LineC Phasenwechselmaterial: Nilan Kingspan DTU Kompakte thermische Energiespeicher 6
7 Aufgabenstellungen Ermittlung von Materialdaten Erstellen und Testen von Systemkomponenten Testen von Speicherprototypen Erstellen von Simulationsmodellen und Validierung System Optimierungen Kompakte thermische Energiespeicher 7
8 Enthalpie [kj/kg] Enthalpie % 466mg22-DSC 42% 354mg98-DSC 42% 57mg25-DSC 42 wt% T-History Temperatur [ C] Kompakte thermische Energiespeicher 8
9 Dynamische Viskosität [Pa*s] Viskosität 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
10 Auslösemechanismen Absenken der Temperatur Zugabe von Kristallisationskeimen Erhöhung des Drucks Kompakte thermische Energiespeicher 10
11 Auslösemechanismus (Temperatur) CO 2 Peltier Quelle: DTU Erneuerbare Energie Kompakte thermische Energiespeicher 11
12 Kristallisationstemperatur [ C] Kristallisationstemperatur PP 42 w% Glas 42 w% PP 46w% Glas 46 w% Auslösung der Kristallisation -35 Kompakte thermische Energiespeicher 12
13 Auslösemechanismus (Keime) Zugabe von Kristallisationskeimen (kristallines Material) Kompakte thermische Energiespeicher 13
14 Prototyp Kompakte thermische Energiespeicher 14
15 Messaufbau Kompakte thermische Energiespeicher 15
16 Leistung [kw] Rücklauftemperatur [ C] Untersuchungen am Prototypen Validierung des Speichermodells Stabilität der Unterkühlung Auslösemethoden bei 250 kg/h Entladezeit [h] Erneuerbare Energie Kompakte thermische Energiespeicher 16
17 Simulationsmodell Bisher kein detailliertes Modell verfügbar Materialdaten, Unterkühlung und Auslösung Erneuerbare Energie Kompakte thermische Energiespeicher 17
18 Temperatur [ C] Energie [kwh] Validierung Simulationsmodell Durchflussrate 250 kg/h T_VL [ C] T_RL_Mess [ C] T_RL_Sim [ C] Energie_Mess [kwh] Energie_Sim [kwh] Zeit [h] Kompakte thermische Energiespeicher 18
19 Betrachete Varianten(I) Solar Wasser Heizung Warmwasser Solar PCM Heizung Warmwasser Solar PCM Wasser Heizung Warmwasser Solar Wasser Heizung Warmwasser Bypass PCM Kompakte thermische Energiespeicher 19
20 Erste Erkenntnisse Wärmetauscher Temperatur Entzogene Leistung Wasserspeicher für Warmwasserbereitung Bypass-Konzept größtes Potenzial Kompakte thermische Energiespeicher 20
21 Betrachete Varianten(II) Solar Wasser Heizung Warmwasser Solar Bypass PCM Wasser Heizung Warmwasser Kompakte thermische Energiespeicher 21
22 Materialdaten Enthalpiemessungen Neue Daten für Viskosität Fazit 3 Funktionsfähige Auslösemechnaismen CO2, Peltierelemente und Kristallisationskeime Validiertes Simulationsmodell Dynamische Anlagensimulation 4 Systemvarianten mit PCM betrachtet Auswertung der Energie Exergie Bewertung der Speicherdichte Ergebnisse noch unbefriedigend Kompakte thermische Energiespeicher 22
23 Ausblick Verbesserung der thermischen Leistung Zugabe von Additiven (CMC, Graphit) Reduzierung des Wassergehaltes Regelstrategie Pulsierender Betrieb Demonstrationsprototyp Validierung der Anlagensimulation Optimierung des Gesamtsystems Kompakte thermische Energiespeicher 23
24 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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