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Thermischer Speicher
BMWi
Salzhydrate 14.3.2016

Die Abbildung zeigt die Arbeitsschritte der sogenannten Mesoverkapselung von Salzhydraten.
© ZAE Bayern

Gebäudeklimatisierung mit neuen Salzhydraten

Projekt PC-Cools_V wurden neue Salzhydrate, sogenannte PCM, mit

schmalem Schmelzbereich um 15 und 21 Grad Celsius entwickelt. Während

das 15-gradige Salzhydrat für zentrale Kältespeicher gedacht ist, wurde

das 21-gradige PCM in raumintegrierten Speichern mit aktiver

Rückkühlungsmöglichkeit eingesetzt, beispielsweise in Kühldecken.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Speichereffekt Phasenwechsel (Latentwärme) Salzhydrat
Entwicklungsgegenstand Speichermedium
Projektlaufzeit Dezember 2012 bis Januar 2017

In einer Systemstudie werden auch die Wärmeübertragungsmechanismen im Kältekreislauf zur Kühlung eines Raumes mit Kühlflächen untersucht. Weiterhin sollen in eine Trägerstruktur infiltrierte Salzhydrate in Granulatform dampfdicht ummantelt werden, um die Einbringung z. B. in Speicher zu ermöglichen. Im Rahmen des Projektes erfolgt außerdem die Leitung der Arbeitsgruppe „Compact Thermal Energy Storage – Material Development and System Integration“ im Annex 24/Phase II.

  • Denkbares Einsatzszenario der zu entwickelnden Salzhydrate: Auch der separate Einsatz beider Salzhydrate ist möglich. © ZAE Bayern
  • Die Abbildung zeigt die Arbeitsschritte der sogenannten Mesoverkapselung von Salzhydraten. © ZAE Bayern
  • Im Gebäude gibt es Temperaturdifferenzen, die für den Einsatz der Salzhydrate in einem System mit zentralem und/oder dezentralem, raumseitig integrierten Kältespeicher relevant sind. © ZAE Bayern

PCM-Technologie im Gebäudeumfeld voranbringen

Das Projekt hat zum Ziel, die nach wie vor bestehende Lücke im Temperaturangebot von Salzhydraten für den Bereich der Gebäudekühlung zu überwinden und so einen wichtigen und notwendigen Entwicklungsschritt zur Verbreitung der Latentwärmespeichertechnologie im Gebäudeumfeld zu bewerkstelligen.
Um die Entwicklungen in den Kontext eines Gesamtsystems zu bringen werden theoretische Untersuchungen durchgeführt, welche insbesondere die Kälteverteilung im Gebäude adressieren und innovative Wärmeübertragungsmechanismen einbeziehen.

Für Kühldeckenanwendungen existiert bislang kein PCM mit optimalen Schmelztemperaturen und geringer Unterkühlung. Aus diesem Grund soll im Projekt ein PCM auf Salzhydratbasis mit einem Schmelzbereich um 21 °C entwickelt werden. Ebenso ist ein PCM mit einer Schmelztemperatur von 15 °C für den Einsatz in zentralen Kältespeichern Entwicklungsziel. Dies bietet gegenüber Eisspeichern den Vorteil der Beladungsmöglichkeit sowohl aus regenerativer Kältequelle als auch mit einer Kältemaschine bei hohem COP. Ferner werden speziell angepasste, infiltrierbare und langzeitstabile PCM-Trägerstrukturen aus Kalziumsilikat entwickelt. Diese sollen in Granulatform mit Korngrößen von einigen Millimetern mit einer dampfdichten Ummantelung versehen werden. Die Entwicklung einer solchen Ummantelung (Mesoverkapselung) würde die Verwendung als Schüttung in Speichern sowie - bei geringen Korngrößen – auch die Einbringung in Baumaterialien ermöglichen. Zusätzlich sollen für die neuentwickelten Salzhydrate auch Makroverkapselungen für den Einsatz in Kühldecken und Speichern entwickelt werden.

Theoretische Untersuchungen

Die theoretischen Untersuchungen zur Kälteverteilung in Gebäuden im Rahmen einer Systemstudie sind abgeschlossen. Untersucht wurde rechnerisch die Kälteverteilung in einem typischen Bürogebäude mittels Wasser, PCM-Slurry und Heatpipes. Außerdem wurden verschiedene Einflussparameter untersucht und evaluiert. Die Ergebnisse der Systemstudie führten zu einer leichten Anpassung der Zieltemperaturen bei der Salzhydratentwicklung auf 20 °C bzw. 13 bis 14°C.

Entwicklung der Salzhydrate, Trägerstrukturen und Mesoverkapslung

Im Rahmen der Salzhydratentwicklung konnten vielversprechende Kandidaten für beide Zieltemperaturen gefunden werden. Diese werden nun weiter untersucht und optimiert. Besonderes Augenmerk liegt hier auf geringer Unterkühlung und schmalem Schmelzbereich (insbesondere für Kühldeckenanwendungen). Es konnte ein Verfahren zur Herstellung von Kalziumsilikatgranulat etabliert werden. Ebenfalls wurde ein Verfahren zur Einbringung der Salzhydrate in die Granulate entwickelt. Weiterhin laufen die Arbeiten zur Mesoverkapselung des Granulates im Labormaßstab, Kandidaten für ein Verkapselungsmaterial wurden identifiziert. Ab Mitte 2015 soll die thermische Charakterisierung der Granulate erfolgen. Bis Ende 2015 soll die Salzhydratentwicklung abgeschlossen sein, sowie erste geprüfte Labormuster der mesoverkapselten Granulate vorliegen.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

23. Oktober 2017
E-Mobility Power System Integration Symposium

24. Oktober 2017
Wirtschaftliche Energiespeicher

7. November 2017
Energiespeicher & Wärmepumpentechnologie

» Alle Termine

Projektadressen

Ansprechpartner
  • Felix Klinker
    Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V.
Weitere Adressen

Infobox

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.