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PCM praxisnah charakterisieren
Im Projekt PCM-Metro erarbeiten Forscher des ZAE Bayern Messmethoden, mit denen PCM-Materialien in anwendungsnahen Probenmengen charakterisiert werden können. Gegenüber üblichen Laborverfahren können so mengenabhängige Phänomene besser erfasst werden.
| Projektstatus | Projekt abgeschlossen |
|---|---|
| Speichereffekt | Latentwärme |
| Projektlaufzeit | Juli 2013 bis Juni 2016 |
Die PCM-Technologie birgt ein sehr großes Potenzial, um die thermische Trägheit von Gebäuden in kritischen Temperaturbereichen zu erhöhen. Aktuell besteht eine Lücke in der Messtechnik zwischen Kalorimetern für sehr kleine Probenmengen und Testräumen sowie Demonstrationsobjekten für komplette PCM-Systeme.
Die Eigenschaften von PCM-Materialien werden in der Regel im Labor mit kleinen Proben bestimmt. Vielfach wäre es jedoch nötig, mit praxisnahen Mengen zu arbeiten, zum Beispiel, um konkrete Speichergeometrien zu untersuchen. Zudem ist das Verhalten bei Unterkühlung oft mengenabhängig und Inhomogenitäten in kleinen Proben können Messergebnisse beeinflussen.
Materialien, Komponenten und Bauteile untersuchen
Neue kalorimetrische Messmethoden sollen die der Bestimmung der Wärmespeicherfähigkeit von großen PCM-Proben erlauben. Dies ermöglicht die Untersuchung von PCM-Verbundmaterialien, makroverkapselten PCM und PCM-Baukomponenten. Außerdem wollen die Forscher Methoden entwickeln, mit denen das dynamischen Verhaltens von PCM-Komponenten und -Bauteilen ermitteln lässt. Somit wäre dann eine Charakterisierung des dynamischen Verhaltens einer Komponente bereits während der Entwicklung möglich, ohne einen kompletten Testraum ausstatten zu müssen.
Das Projekt schließt somit eine messtechnische Lücke und bietet gleichzeitig eine zuverlässige wissenschaftlich fundierte Basis für die Entwicklung von industriellen Standards. Weiteres Ziel ist die Verbreitung der Ergebnisse und Implementierung der Erkenntnisse in nationale und internationale Normen und Richtlinien.
Der grundlegende Ansatz bei den im Projekt untersuchten Messmethoden ist der, eine Probe einem kontrollierten Temperatur-Programm zu unterwerfen und die resultierenden Wärmeströme messtechnisch zu erfassen. Es werden entweder Messapparaturen neu aufgebaut oder bereits vorhandene Apparaturen so modifiziert, dass die Wärmespeicherfähigkeit bzw. das dynamische thermische Verhalten der PCM-haltigen Proben bestimmt werden kann.
PCM-Produkte zuverlässig bewerten
Mit den Messmethoden können am Markt erhältliche Produkte zuverlässig bewertet und die Forschung und Entwicklung neuer Produkte auf unterschiedlichen Ebenen optimiert werden. Daher sind die neuen Messmethoden für PCM-Hersteller von starkem Interesse, um konkurrenzfähig zu bleiben und um die Entwicklung von Produkten auf den unterschiedlichen Ebenen bezüglich Zeit- und Kostenaufwand zu optimieren. Zudem wird mit der Zunahme der Qualität der angebotenen PCM-Produkte das Vertrauen der Gesellschaft in die Technologie steigen, wodurch die Vermarktung von PCM erleichtert und möglicherweise das Einsatzgebiet erweitert wird.
Teilvorhaben
Arbeitspaket 1: Erarbeitung von kalorimetrischen Messmethoden zur Bestimmung der Wärmespeicherfähigkeit von großen Proben, z.B. für makroverkapselte PCM, PCM-Verbundmaterialien, anwendungsnahe PCM-Probenmengen und PCM-Baukomponenten
Arbeitspaket 2: Erarbeitung von Messmethoden zur Bestimmung des dynamischen thermischen Verhaltens von PCM-Komponenten und PCM-Bauteilen zur direkten Bewertung des Praxisverhaltens in Gebäuden, zum Beispiel PCM-Komponenten und PCM-Bauteile wie PCM-Kühldecken, Segmente von Fassaden und Wänden etc.
Arbeitspaket 3: Verbreitung der Ergebnisse und Implementierung der Erkenntnisse in nationale und internationale Normen und Richtlinien
Publikationen zum Projekt
Verification of a T-history installation to measure enthalpy versus temperature curves of phase change materials; A. Lazaro, E. Günther, H. Mehling, S. Hiebler, J.M. Marin and B. Zalba, Meas. Sci. Technol. 17 (2006) pp 2168–2174. doi:10.1088/0957-0233/17/8/016
Determination of the enthalpy of PCM as a function of temperature using a heat-flux DSC - A study of different measurement procedures and their accuracy, C. Castellón, E. Günther, H. Mehling, S. Hiebler, L. F. Cabeza, Int. J. Energy Research 32 (2008) 1258-1265
Enthalpy of Phase Change Materials as a Function of Temperature: Required Accuracy and Suitable Measurement Methods, E. Günther, S. Hiebler, H. Mehling, R. Redlich, Int. J. Thermophys. (2009) 30:1257–1269, DOI 10.1007/s10765-009-0641-z
Latentwärmespeicher in Gebäuden; H. Mehling, BINE Themeninfo I / 2009
Determination of the heat storage capacity of PCM and PCM-objects as a function of temperature; E. Günther, S. Hiebler, H. Mehling; Proc. of ECOSTOCK, Stockton USA, 2006
Enthalpy of phase change materials as a function of temperature – required accuracy and suitable measurement methods, E. Günther, H. Mehling, S. Hiebler, R. Redlich, Proc. of 18th European Conference on Thermophysical Properties, Pau, France 31 Aug-4 Sep 2008
Measurement of the enthalpy of PCM, E. Günther, S. Hiebler, H. Mehling, Proc. of 11th International Conference on Thermal Energy Storage, June 14th – 17th, 2009, Stockholm
Heating and cooling using a combination of several TES technologies in the new R&D building of the ZAE Bayern in Würzburg, F. Klinker, H. Weinläder, H. Mehling, S. Weismann, D. Büttner, H.-P. Ebert, E. Lävemann, T. Ebert, W. Jensch, 12th International Conference on Energy Storage (INNOSTOCK 2012)
RAL-Gütegemeinschaft PCM; PCM-Symposium: Energieeffiziente Raumkühlung durch den Einsatz von Latentwärmespeichermaterialien, 10./11.Nov. 2009 Karlsruhe
Current research at the ZAE Bayern – Testing, data representation and modelling of PCM; H. Mehling, H.-P. Ebert, F. Hemberger; IV Thermal Mass Workshop, Clearwater Beach, Florida, USA, 4th and 5th December 2010
A study of different measurement and evaluation methods; H. Mehling, S. Hiebler, E. Günther, F. Hemberger; 19th European Conference on Thermophysical Properties, August 28th – September 1st 2011, Thessaloniki, Greece
