Kunststoffforschung

Phasenwechselmaterialien speichern Wärme und Kälte

Im Rahmen des vom BMWi geförderten Forschungsprojekts wurden ein hochleistungsfähiges, thermisches luftgespeistes Speichermodul sowie ein hochkapazitiver wassergeführter PCM-Granulatspeicher entwickelt.

Das thermoplastische PCM-Granulat weist eine hohe Wärme-Speicherfähigkeit auf.

Grundlage für dieses Forschungsprojekt ist die am TITK durchgeführte Entwicklung eines PCM-Granulats, bei dem hohe Mengen von PCM (Paraffin) physikalisch in eine polymere Netzwerkstruktur gebunden werden. Dadurch weist das Granulat Wärmekapazitäten bis 190 J/g (52 Wh/kg) auf. Die Granulatform liefert eine große Wärmeübertragungsfläche, so dass hohe Ein- und Ausspeicherleistungen umgesetzt werden können. Dabei kann Wasser oder Luft als Wärmetransportmedium verwendet werden. Ein weiterer Vorteil ist die thermoplastische Verarbeitbarkeit des PCM-Granulats. So können Platten, Folien, Pulver oder Spritzgusskörper realisiert werden.

Auf dieser Basis wurde das PCM-Granulat für den Einsatz in einem Pufferspeicher weiterentwickelt. Im Projekt wurde ein 600 Liter großer Glasspeicher mit 300 Kilogramm PCM-Granulat und 42 °C Speichertemperatur realisiert. Die am Speicher durchgeführten Tests zur Be- und Entladung des PCM-Granulats ergaben, dass der Granulat-Speicher die zwei- bis vierfache Kapazität gegenüber einem gleichgroßen Wasserspeicher aufweist. Je kleiner der Temperaturbereich um den Schmelzpunkt von 42 °C gewählt wird, desto größer ist die daraus gewonnene Wärmeenergie gegenüber der eines Wasserspeichers. Die Beladung ist beispielsweise per Solarthermieanlage oder Wärmepumpe möglich. Die gespeicherte Wärmeenergie kann unter anderem zu Heizzwecken oder Vorwärmung von Trinkwasser genutzt werden.

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Ein weiteres Ergebnis des Projekts ist die Entwicklung eines hochleistungsfähigen, thermischen Speichermoduls auf Basis von PCM-Verbundplatten. Das voll funktionstüchtige Modell mit integrierten Platten aus PCM-Compound weist eine Wärmetauscherfläche von 2,5 m² auf. Durch Einsatz eines 3D-Textilgewebes wird eine Verwirbelung der Luft erzeugt, wodurch eine gleichmäßige Be- und Entladung umgesetzt werden kann. Dieses Modell weist eine Kühl- und Wärmekapazität von rund 400 Wh auf. Vorteil dieser Technologie ist die variable Größe, so dass eine optimale Anpassung an einen individuellen Leistungs- und Kapazitätsbereich realisiert werden kann. Einsatzgebiete können zum Beispiel die Speicherung von Abluftwärme oder der Ausgleich von Lufttemperaturschwankungen sein.

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