Wärme- und Kältespeicher PCM (Phase Changing Materials) - Phasenwechselmaterialien (flüssig-fest)

 

 

Phase-Change-Materialien sind darauf ausgelegt, große Mengen thermischer Energie bei konstanten Temperaturen aufzunehmen und abzugeben. Mehr als 30 organische (ATP) und anorganische (ATS) Hochleistungs-PCMs im Temperaturbereich von -40°C bis 120°C. Weitere Schmelztemperaturen für spezifische Anwendungen können auf Anfrage entwickelt werden!

Die wichtigsten Merkmale von PCM sind:

• Hohe Wärmespeicherkapazität
• Gleichbleibende, wiederholbare Leistung über Tausende von Wärmezyklen hinweg
• Einfache und sichere Handhabung
• Hergestellt aus erneuerbaren Rohstoffen, ungiftig und biologisch abbaubar.

Das PCM ist in einer speziellen Makrokapselformulierung mit einem optimierten Verhältnis von Oberfläche zu Gewicht für einen schnelleren Energieaustausch und eine verbesserte Leistung in praktischen Anwendungen erhältlich.

Innovative Lösung zur Erhöhung der Speicherkapazität

PCM-Phasenübergangstemperaturbereich

Grundlagen der Latentwärmespeichertechnik

Es ist allgemein bekannt, dass die effiziente Nutzung von Energie in der heutigen Welt eine immer wichtigere Rolle spielt. Unsere Welt hat die Gewohnheit entwickelt, ausreichend Energie "auf Abruf" aus endlichen Ressourcen (Öl, Kohle usw.) oder aus zunehmend veralteten Modellen (Kernkraft) zu haben. Dieser Luxus ist jedoch eine Belastung für die Umwelt - er erfordert unnötig große Energiereserven, erhöht die CO2-Emissionen und verursacht zusätzliche Umweltbelastungen durch die Erzeugung, den Transport und die Entsorgung dieser Energiequellen. Sie verschafft uns Zugang zu ausreichend Energie, hat aber das Problem, dass Angebot und Nachfrage im Laufe der Zeit oft nicht übereinstimmen. Solche Differenzen können zeitlich von wenigen Minuten (z. B. in der Produktion) bis zu mehreren Stunden gemessen werden.

Anders verhält es sich bei der Solarthermie, die tagsüber angeboten, aber wenig genutzt wird und nachts stark ansteigt. Hier stellt sich die Frage der Speicherung, z. B. bei der Phasenumwandlung. Bedeutende Anwendungen der Phasenumwandlung finden sich in Brennstoffzellen, Wärmepumpen, Heizkraftwerken und anderen. Die Speicherung ist aufgrund der zahlreichen variablen Energieerzeugungsquellen (Wärme, Strom), die im Zuge der Energiewende entstanden sind, von entscheidender Bedeutung. Die folgende Betrachtung konzentriert sich speziell auf die Speicherung thermischer Energie.

PCM-Latentwärmespeicher-Technologie

Die Latentspeicherung beruht auf dem Prinzip des Phasenwechsels des jeweiligen Materials (PCM => Phase Change Material). Befindet sich das Material in einem festen (kristallinen) Zustand und wird ihm Energie in Form von Wärme zugeführt, erhöht sich die Temperatur des PCM, bis es zu schmelzen beginnt. Dies ist der Punkt, an dem die Phasenumwandlung beginnt. Bei diesem Vorgang werden die intermolekularen Bindungen thermisch aufgebrochen, wodurch sich das PCM verflüssigt. Ab diesem Zeitpunkt beginnt das PCM, Wärmeenergie aufzunehmen, ohne seine Temperatur zu verändern (latente Wärme). Erst wenn das PCM vollständig geschmolzen ist, steigt die Temperatur bei konstanter Energiezufuhr an (fühlbare Wärme). 

Warum PCM - Phasenumwandlung von Wasser

PCM (Phasenwechselmaterialien) werden zur Speicherung von Wärmeenergie verwendet. Daher spielt die Phasenumwandlung eine zentrale Rolle. Je nach PCM (Paraffin, Salzhydrate usw.) brechen die Bindungskräfte bei Erreichen einer bestimmten Temperatur (d. h. der Phasenumwandlungstemperatur, die vom PCM abhängt) energetisch auf. Dies wird als Schmelzvorgang bezeichnet. Dieser Prozess findet bei einer konstanten Temperatur statt. Das PCM erstarrt, sobald es wieder abgekühlt wird. Das bedeutet, dass die gespeicherte Energie bei einer konstanten Temperatur aufgenommen wird. Um einen Hinweis darauf zu geben, wie viel Energie gespeichert werden kann, betrachten wir Wassereis: Es erfordert die gleiche Energiemenge, um 1 kg Wasser von 0 °C fest auf 0 °C flüssig und 1 kg Wasser von 0 °C flüssig auf 80 °C flüssig zu bringen. Dies ist der latente Effekt, der als latente Wärme bekannt ist. Die spezifische Enthalpie des Phasenübergangs ist daher relativ hoch im Vergleich zur spezifischen Wärmekapazität (für Wasser: Schmelzenthalpie 334 kJ / kg, spezifische Wärmekapazität ca. 4,19 kJ / (kg - K)), wobei die Energiedichte des Speichers viel höher ist als in Warmwasserspeichern.

Es wird also Energie im Phasenübergang gespeichert und wieder freigesetzt

Beispiel für die Schmelzenergie von Wasser

• 1 kg Wasser benötigt 1,16 Wh, um es von 0°C Flüssigkeit auf 1°C Flüssigkeit zu erhitzen.
• Von 0°C fest bis 0°C flüssig werden 92 Wh benötigt, das ist ca. 80 mal mehr.

Unterschied zwischen expliziter und latenter Speicherung

Bei der Speicherung von z. B. Wasser (über 0°C) wird die relativ große fühlbare Wärme, die das Wasser aufnehmen kann, genutzt. Diese beläuft sich auf 1,16 Wh/kg*K. Das heißt, je höher der Temperaturunterschied ist, desto mehr Wärmeenergie wird gespeichert. Bei einer Temperaturdifferenz von 50 K nimmt 1 kg Wasser beispielsweise 50 * 1,16 = 58 Wh auf.

Die Grundvoraussetzung ist allerdings, dass solch große Temperaturunterschiede überhaupt vorhanden sind! Ist dies nicht der Fall, wie es für Latentspeicheranwendungen erforderlich ist, haben solche großen Temperaturen keinen Platz in Kapazitätsspezifikationen oder ähnlichem bei PCM-Technologien.

Ein gutes PCM kann jedoch in einem Temperaturbereich von nur etwa 10 K bis zu 50 Wh/kg aufnehmen, so dass Latentspeicheranwendungen auf geringe Temperaturunterschiede beschränkt sind. Je kleiner der Temperaturunterschied ist, desto effizienter ist die Latentspeicherung, so dass es völlig unsinnig ist, die Speicherkapazität von PCM bei hohen Temperaturunterschieden zu berechnen. Bei größeren Temperaturunterschieden als etwa 20 K ist es immer ratsam, die Kapazität/Kosten mit wässrigen Wärmeträgern zu vergleichen. Bei solch großen Temperaturdifferenzen ist die Berechnung der Latentspeicherkapazität sinnlos, da die relevante Funktion, nämlich die Phasenumwandlung, abgeschlossen ist und bei einer Temperaturdifferenz von 50 K bereits etwa 40 K als fühlbare Wärme enthalten sind. Beispiel: 1 kg PCM (Paraffinbasis) hat eine fühlbare Wärme von etwa 0,6 Wh/kg*K (halb so viel wie Wasser!). 40 K * 0,6 Wh/kg*K = 24 Wh. Die Akkumulationswärme ist aufgrund des großen Temperaturunterschieds gering, verzerrt aber die spezifische Schmelzenthalpie des PCM um (nutzlose) 50 %.

Wärmespeicherung

Zur Wärmespeicherung werden heute hauptsächlich große Wassertanks verwendet. Dies ist die empfohlene Technik für große Temperaturunterschiede. Wenn beispielsweise Wasser mit einer Temperatur von 90°C in einem Wassertank gespeichert wird und der Verbraucher es bis zu einer Temperatur von 30°C nutzt, ist dies ein sehr großer Temperaturunterschied von 60 K. Bei solch großen Temperaturunterschieden gibt es keinen vernünftigen Ersatz für die fühlbare Wärme (Wasser) des Speichermediums. Allerdings werden Systeme mit großen Temperaturunterschieden immer seltener (Geräte älteren Typs), da diese die größten Energieverlierer sind. Moderne energiebasierte Systeme arbeiten mit einer geringen Energiedifferenz, so dass die Temperaturen von Erzeuger und Verbraucher sehr nahe beieinander liegen und nur ein Minimum an Energie benötigt wird, um die verbrauchte Energie durch eine leichte Temperaturerhöhung wieder in den Kreislauf zu bringen. Solche effizienten Systeme verbrauchen nur noch einen Bruchteil der zuvor verbrauchten Primärenergie. Je geringer jedoch der Temperaturunterschied ist, desto weniger Energie können die fühlbaren Wärmeträger speichern. Beträgt die nutzbare Temperaturdifferenz beispielsweise nur 5K (z.B. von 5 auf 10°C), so speichert das Wasserspeichermedium etwa 5,8 Wh pro Kilogramm Wasser. Mit jeder Energieentnahme sinkt auch die Betriebstemperaturdifferenz, und damit sinkt gleichzeitig der Wirkungsgrad.

Hier zeigt der Latentspeicher mit Phasenwechselmaterialien (PCM) seine entscheidenden Vorteile. PCM-Materialien haben die Eigenschaft, sich bei bestimmten Temperaturen zu verflüssigen oder zu verfestigen - ein Vorgang, der als Phasenwechsel bezeichnet wird (das Flüssig-Gas-System und Ähnliches wird hier nicht betrachtet).

Nach den Grundsätzen der Thermodynamik gibt es nur "Wärme", aber der Einfachheit halber werden die Begriffe "heiß" und "kalt" verwendet.

Bei einer solchen Phasenumwandlung wird eine große Menge an Wärmeenergie aufgenommen (fest=>flüssig) oder abgegeben (flüssig=>fest), wobei die Temperatur konstant bleibt.

Die Wärmekapazität von Wasser beträgt beispielsweise 1,16 Wh/kg*K (Erwärmung um 1°C). Bei einer Temperatur von 5 K sind das also (5 K*1,16 Wh =) 5,8 Wh pro Kilogramm Wasser. Betrachtet man dagegen den Hauptschmelzpunkt eines typischen PCM, wie z. B. das paraffinbasierte ATP 62 von Axiotherm, so ergibt sich bei einem Temperaturunterschied von 5 K eine Speicherkapazität von 53 Wh pro kg PCM, also etwas mehr als das Neunfache pro kg im Vergleich zu Wasser. Bei höheren Temperaturunterschieden nimmt der Vorteil ab und erreicht beispielsweise bei einem Temperaturunterschied von 10 K die 5,2-fache Kapazität. Obwohl diese Zahlen je nach Anwendung um die Dichte korrigiert werden müssten (paraffinische PCMs können eine Dichte von 0,7 bis 0,85 g/cm³ haben), verdeutlichen diese Werte den klaren Vorteil, den die latente Speicherung gegenüber der expliziten Speicherung bei relativ geringen Temperaturunterschieden hat. 

So funktioniert der wasserbasierte Latentspeicher von Axioterm

Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit von PCM ist es nicht sinnvoll, den Behälter vollständig mit PCM zu füllen und z. B. ein Spiralrohr mit einfließendem Wasser zu verwenden, in der Hoffnung, auf diese Weise Wärme und Kälte zu gewinnen und zu speichern. Es gab bereits zahlreiche derartige Ansätze, die mehr oder weniger an den physikalischen Gegebenheiten gescheitert sind. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit des PCM macht es in solchen Konstruktionen unmöglich, kontinuierlich Energie zuzuführen (zu speichern) und noch unmöglicher, Energie abzugeben (zu entziehen). Man kann dies mit einem gekochten Ei vergleichen - die durch den Kochvorgang gebildeten festen Schichten führen zu einer Verringerung des Wärmeeintrags in den Eierkern, und nur durch große Temperaturunterschiede entsteht ein relativ kleiner Wärmestrom. Bei der Latentspeicherung bedeutet dies, dass aufgrund der geringen Temperaturunterschiede eine sehr lange Zeit benötigt wird, um Wärmeenergie zu speichern und zu entziehen, und dass die Temperaturgradienten sehr groß sind (der Eikern ist noch heiß, die Schale höchstens warm) oder dass kleinere oder größere Teile des PCM ihre Phase gar nicht geändert haben.

Der Axiotherm Latentspeicher ist ein hybrides Speichermedium, bei dem sich PCM-Makrokapseln in einem mit Wasser gefüllten Behälter befinden.
Diese Makrokapseln sind so konstruiert, dass die Dicke der PCM-Schichten so gering wie möglich ist und gleichzeitig eine große Oberfläche beibehalten wird, so dass die gesamte PCM-Masse am Phasenwechselprozess teilnehmen kann, während gleichzeitig Verpackungen möglich sind, die die gesamte Oberfläche freilegen und einen leichten Fluss ermöglichen (indem die Makrokapseln übereinander gestapelt werden). Das im Speichermedium enthaltene Wasser dient auch zur Steuerung der Energiebilanz und der Dynamik. Die Masse wird genutzt, um in allen Temperaturbereichen der Wasserkomponente je nach Temperaturunterschied entsprechende Energiemengen zu speichern. Der Einsatz von Plattenwärmetauschern zur Trennung des Axiotherm Latentspeichers vom Sekundärkreislauf ermöglicht die Einspeisung dieses Speicherwassers in den Kreislauf, wodurch die im Speichersystem gespeicherte Energie erhalten bleibt.

Das Wasser wird nicht nur zur Übertragung der thermischen Energie für die Wärmeein- und -auskopplung genutzt, sondern auch als Träger der fühlbaren Wärmeenergie. 

VORTEILE der heatStixx PCM-Kapseln

Die Idee, latente Materialien für die Energiespeicherung zu nutzen, gibt es schon seit vielen Jahrzehnten.
Viele Lösungen wurden bereits für Heiz- und Kühlanwendungen entwickelt und getestet. Keine von ihnen konnte sich auf dem Markt durchsetzen, aber warum?
Viele PCM-Materialien können durch die Nutzung latenter Wärme eine große Menge an Energie speichern, haben aber oft auch eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, was sie zu guten Isolierstoffen macht. Dies führt zu:

• Schlechtes Schmelzverhalten
• Schlechte Energieübertragungsfähigkeit

Bei einem Wärme- oder Kältespeicher ist es wichtig, neben der Nutzung des gesamten Energiepotenzials auch eine möglichst hohe Übertragungseffizienz zu erreichen.
Unser HeatStixx kombiniert diese Eigenschaften optimal. In unserem proprietären Format, das sich in jahrelangen Tests und Validierungen bewährt hat, kombinieren wir die hohe Energieübertragung aufgrund der großen Oberfläche mit der höchstmöglichen Menge an PCM, die wir in die Puffer einbauen können. Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Entdecken Sie die Leistung unserer heatStixx-Kapseln
Unsere heatStixx und heatSel sind für verschiedene Temperaturbereiche erhältlich. Damit decken wir ein sehr breites Spektrum an Anwendungsbereichen und Wärmespeicherfähigkeiten ab.

• Optimale Verkapselungsform
• Gute Schmelzleistung durch geringe Schichtdicke
• Optimales Oberflächen-Volumen-Verhältnis
• Hohe Übertragungseffizienz
• Einfache Anwendung in bestehenden Anlagen oder Neuinstallationen
• Ausgelegt als Hybridspeicher
• Speicherung und Entnahme von Heizwasser-Frostschutz-Gemischen
• Temperaturbeständige Kunststoffe
• Extrem lange Lebensdauer
• Wartungsfrei

Kältespeicher PCM

Temperaturbereich des Speichers - Beispiel
Min. Temperatur des Speichers:

• -10 °C (für den Betrieb erforderliche Mindesttemperatur)
  Max. Speichertemperatur:
• 5 °C (Temperatur, auf die sich der Speicher normalerweise aufheizt)
  Speicherdelta von 5 °C bis -10 °C = 15 K

Faktor für den Zuwachs an speicherbarer Energie im Vergleich zu Wasser (Frostschutz) bei einem Delta von 15 K und voll gefülltem Speicher.

Ein 1 m³ Pufferspeicher gefüllt mit 1500 HeatStixx PKS -6 °C speichert ca. 40 kWh

• Wärmespeicher mit einer Kapazität von 40 kWh mit latentem PCM-Material
• Sofort nutzbare Wärme durch Schichtladung
• 30% Eigenverbrauchssteigerung durch höhere Speicherkapazität

 

Speicherbehälter für die Kälteerzeugung

für Prozesskühlung und Klimatisierung im Temperaturbereich von -63 °C bis +20 °C (+84 °F)

PRODUKTE: heatStixx HP, heatSel, heatSel XL

Die Vorteile auf einen Blick:

• Steigerung der Effizienz um das bis zu 5-fache
• Kosteneinsparung im Vergleich zur Glykollagerung
• Senkung der Betriebskosten
• PCM - hohe Zyklenfestigkeit

PCM CoolBoxx für die Kältespeicherung

Sonderspeicher werden individuell nach Ihren Vorgaben gefertigt, inklusive Wärme- oder Kälteisolierung.

Die Vorteile auf einen Blick:

• Lagerkapazität von 300 bis 100.000 Liter
• Kurze Lieferzeiten
• Temperaturbereich von -50 °C bis +140 °C

LATENTKÄLTESPEICHER - ERHÖHUNG DER WÄRMEKAPAZITÄT

Durch den Einsatz von HeatSel-Kapseln im Bereich von -33 °C bis +20 °C kann eine 4-fache Leistungssteigerung gegenüber einem herkömmlichen Kühltank erreicht werden.

Einbringung über Flanschöffnung DN 200
Menge: pro 1.000 I Tankinhalt ca. 1.000 Stk. PCM heatSel
Beispiel:
Durch den Einsatz der coolBoxx-hS 2200 mit HeatSel ATS -6 Füllung kann das Speichervolumen eines konventionellen Wasser/Glykol-Kühltanks von 9020 I auf 2200 I minimiert werden. Das spart nicht nur Platz, sondern reduziert auch die Anzahl der Lagertanks. Dies spart nicht nur Platz, sondern reduziert auch die Kosten durch die Verringerung des Glykolvolumens.

PCM-MATERIALIEN

Da der Schmelzpunkt von Wasser bekanntlich bei 0 °C liegt und für die meisten Anwendungen ungeeignet ist, werden speziell formulierte Salze, Ester oder Paraffine als PCM verwendet. Je nach Ausführung haben sie eine Phasenübergangstemperatur von -51°C bis +89°C und sind gesundheitlich unbedenklich. Mit dieser breiten Produktpalette lässt sich für fast jede Anwendung das richtige PCM finden.

ATP-Paraffine

• Verfügbar in einem breiten Temperaturbereich
• Stabile Zyklen
• Integrierbar
• Speicherkapazität > 70 Wh / kg (250 kJ / kg)
• Geringe Wärmeempfindlichkeit (0,5 Wh / kg - K)
• Geringe oder keine Unterkühlung
• Geringe Dichte (ca. 0,74 kg / l)
• Niedrige Speicherdichte 50 Wh / l (185 kJ / l)
• Geringe Wärmeleitfähigkeit (0,2 - 0,4 W / m - K)
• Entflammbar

ATE - Ester

• Erhältlich in mehreren Temperaturbereichen
• Stabiler Zyklus
• IntegrierbarSpeicherkapazität > 60 Wh / kg (220 kJ / kg)
• Wärmeempfindlichkeit (0,5 Wh / kg - K)
• Geringe oder keine Unterkühlung
• Geringe Dichte (ca. 0,84 kg / l)
• Geringe Speicherdichte 50 Wh / l (185 kJ / l)
• Geringe Wärmeleitfähigkeit (0,2 - 0,4 W / m - K)
• Entflammbar, aber etwas höherer Flammpunkt

ATS / PKS - Salze und Salzhydrate

• Erhältlich in ausgewählten Temperaturbereichen
• Stabiler Zyklus
• Speicherkapazität 40 - 90 Wh / kg (180 - 320 kJ / kg)
• Höhere Wärmeempfindlichkeit (0,8 - 1 Wh / kg - K)
• Geringe Unterkühlung
• Hohe Dichte (1 - 1,7 kg / l)
• Hohe Speicherdichte 60 - 90 Wh / l (200 - 320 kJ / l)
• Höhere Wärmeleitfähigkeit (0,4 - 0,6 W / m - K)
• Nicht entflammbar

Wichtigste PCM-Anwendungstemperaturen

HeatStixx und HeatSel sind für verschiedene Phasenumwandlungstemperaturen erhältlich. Dies deckt ein sehr breites Spektrum an Anwendungen und Möglichkeiten für die Wärme- und Kältespeicherung ab. Die Abbildung unten zeigt unsere beliebtesten Materialien.

Wie man die richtige PCM-Phasenübergangstemperatur wählt

Ein Phasenübergang findet immer bei einer bestimmten Temperatur statt. Um dies zu erreichen, muss jedoch ein bestimmter Temperaturabfall vom Trägermedium zum PCM, d. h. von der Umgebungstemperatur zur Phasenumwandlungstemperatur, vorhanden sein.
Dies ist sowohl für den Energieverbrauch als auch für die Energieerzeugung von Bedeutung. Daher sollte die Phasenumwandlungstemperatur des PCM so gewählt werden, dass sie an jedem Punkt des Systembetriebs zwischen der minimalen und der maximalen Systemtemperatur liegt.

Wenn Sie Ihren Speicher normalerweise zwischen 40°C und 60°C betreiben, sollte die optimale PCM-Temperatur bei etwa 50°C liegen.
Ihr Tank wird dann immer noch bei 40°C entladen und bei 60°C voll geladen, aber der Prozess dauert viel länger. Dadurch kann viel mehr Energie gespeichert werden.

Einbau in den heatStixx-Speicher über einen 1½"-Anschluss

Einsatzmöglichkeiten: In kleineren Speichern, konventionellen Heizungsanlagen, Privathaushalten, Tanks bis 1.000 l sowie bei der Optimierung bestehender Tanks
Mögliche Anwendungen: Kühlhäuser, Wärmespeicher

Einsatzmöglichkeiten: In HeatSel-Großwärmespeichern bis 2.000 Liter und in HeatSelXL-Wärmespeichern bis 20.000 Liter, sowie optional für bestehende Speicher.
Mögliche Anwendungen: Kältespeicher, Wärmespeicher.

Be- und Entladung des PCM-Pufferspeichers - Schmelzpunkt 58°C

Wie viel Wärmekapazität können Sie nutzen?

Wenn der Tank bis zum Maximum gefüllt ist, wird die Wärmekapazität, die Sie dem Tank entnehmen oder speichern können, durch drei Variablen begrenzt:

• Die Temperaturdifferenz zwischen der Phasenübergangstemperatur und der Rücklauftemperatur des Systems
• Die Größe Ihres Speichers
• Der Volumenstrom des Systems
  
  

  Im Leistungsdiagramm können Sie sehen, welche Leistung Sie entnehmen oder speichern können.

 

Beispiel für eine Heizungsanwendung:

• Größe des Speichers: 600 l
• Volumendurchfluss 900 l / h
• Verhältnis des Volumenstroms zur Speichergröße: 1,5
• PCM-Phasenübergangstemperatur: 58 ° C
• Speicherrücklauftemperatur: 53 ° C
• Delta 5 K: Blaue Linie im Diagramm
• Daraus ergibt sich eine mögliche Dauerleistung von ca. 9,8 kW 

Wichtig ist außerdem, dass das Verhältnis von 1,5 Volumenstrom zu Tankgröße nicht überschritten werden sollte, um eine Dauerleistung zu erreichen. Kurzfristig können natürlich auch höhere Leistungen erreicht werden, z.B. durch Frischwarmwasserstationen.

Anwendung von PCM-Wärmespeichern

• Wärmespeicherung
• Kältespeicher
• Wärmepumpen-Systeme
• KWK-Anlagen

Optimierung der Wärmepumpe

• Ermöglicht die Nutzung von SmartGrid-Tarifen
• Reduzierung der Ausfallzeiten von Wärmepumpen
• Verbessert die Effizienz von Wärmepumpen

Kraft Boxx Wärmezentrale

1. Heizkreislauf - Mischpumpengruppe - Heizkreise, Leistungsbereich bis 45 kW
2. Frischwasserstation - 3 Modelle bis zu 41l/min
3. Kraft-Wärme-Kopplung - Elektrothermische Station
4. PCM-Makrokapseln - Latentwärmespeicher

Vorteile der PCM-Speicherung

• Erhöhung der Speicherkapazität - Faktor 3 bis 4 bei unverändertem Volumen (Nachrüstlösungen möglich)
• Verringerung des Speichervolumens - Faktor 3 bis 4 bei gleichbleibender Kapazität (und minimalem Platzbedarf)
• Senkung der Betriebskosten - Reduzierung der Spitzenlast (bezogen auf die Nennleistung) zur Nutzung günstigerer Stromtarife (z. B. Nachttarife) und interner Stromversorgung
• Höhere Effizienz - Konstantes Temperaturniveau sorgt für einen höheren COP und geringere Wärmeverluste (Betriebskosten - 40%!) UND ermöglicht die Installation kleinerer Heiz- und Kühlgeräte.
• Verlängerter Produktlebenszyklus - Non-Stop-Betrieb auf optimalem Niveau durch Verkürzung der Betriebsphasen, einschließlich erhöhter Ausfallzeiten und Minimierung des Systemwartungsaufwands
• Vereinfachte Verarbeitung - Durch die Umwandlung von Temperaturspitzen in einen Phasenwechsel, was zu konsistenten Lade- und Entladetemperaturen führt und die Möglichkeit der Verwendung als thermischer Schalter bietet.

KWK-Projekt - Kraft-Wärme-Kopplung

Aufgabe: Minimierung der Größe des Pufferspeichers für das kleinere Fernwärmenetz, das von der KWK-Anlage versorgt wird.

• Erforderliche Speicherkapazität von 5,5 m³ Wasservolumen.
• Nahwärmenetz im Winter mit 55°C Vorlauf- und 45°C Rücklauflösung.

Lösung: Reduzierung der Speicherkapazität um bis zu 30% gegenüber einem konventionellen Pufferspeicher der gewählten Größe von 2500 l.

 

PROJEKT WÄRMEPUMPE

Aufgabe: Maximierung der Kapazität des Wärmepumpenspeichers, um die Betriebszeit zu flexibilisieren.

• Fassungsvermögen 300 l
• Abkühlung des gesamten Füllvolumens von 60°C auf 50°C

Lösung: Erhöhung der Speicherkapazität um 258%.

PROJEKT KÜHLTANK

Aufgabe: Das Volumen des Wasser/Glykol-Kühltanks soll so weit wie möglich reduziert werden.

• Volumen 8.000 l
• Temperaturbereich -5°C bis 5°C

Lösung: Einfache Realisierung des Kühlspeichers ohne kostspielige Wärmetauscher und Bauarbeiten und Minimierung des Speichervolumens auf 2.000 l, was 25% des ursprünglichen Volumens entspricht.