Endbericht (1.3 MB) - Haus der Zukunft

ASTTP Forschungsagenda Solarthermie
Neue Materialien und Konzepte
In der Speichertechnik bieten die Entwicklung und der Einsatz neuer Materialien
ein weiteres Innovationspotential. Schon bekannte neue Speichermedien (PCM,
thermochemische Reaktionspartner) müssen in den kommenden Jahren im
Hinblick auf die Energiedichte im Gesamtsystem signifikant verbessert und bis
zur Serienanwendung geführt werden.
Durch die immer niedrigeren Vorlauftemperaturen der Heizsysteme bieten sich
künftig neue Ansatzpunkte. Sorptive und thermochemische Verfahren aber auch
Phasenwechselmaterialien erreichen theoretisch deutlich höhere Leistungsdichten
als heutige Wasserspeicher. Allerdings haben bisherige Versuche mit
Wärmespeichern mit PCM Materialien (makroverkapselt) aufgrund der von der
entnommenen Leistung abhängigen Temperaturverluste bei Wärmeübergang und
Wärmeleitung in den PCM bei Solaren Kombisystemen und Betrachtungen über
ein Jahr KEINE signifikanten Verbesserungen gegenüber Wasserspeichern
gebracht. Ähnliche Ergebnisse ergaben Versuche mit PCM-Slurries mit
mikroverkapselten Paraffinen welche im Wasser mitgepumpt wurden. Hier
konnte nur PCM Anteile von maximal 40 % realisiert werden (also 60 % Wasser)
da der Slurry sonst aufgrund der Zunahme der Zähigkeit nicht mehr pumpbar
war.
Bei den Sorptionsspeichern liegt das Problem darin, dass beim
Adsorptionsprozess hauptsächlich die Kondensationswärme und nur zu einem
geringen Teil Bindungsenergie frei wird. Damit muss praktisch gleich viel Energie
zum Erzeugen des Wasserdampfes aufgebracht werden, wie dann bei
Adsorptionsprozess, allerdings auf höherem Temperaturniveau, wieder frei wird.
Die im Sommer eingebrachte Energie zum desorbieren ist über einen
Kondensator jedenfalls „verloren“. Wichtig ist auch der Erhalt einer „Moving
Front“ im Sorptionsmaterial beim Adsorbieren, damit ein konstanter
Temperaturhub über die gesamte Adsorptionsphase erreicht werden kann.
Neue Materialien weisen theoretisch erheblich bessere Eigenschaften als die
bislang verwendeten Silikagele und Zeolithe bzw. Paraffine auf. Neben der
weiteren Erforschung neuer Materialien spielt insofern vor allem die optimale
Systemintegration und natürlich eine Reduktion der Herstellkosten eine
wesentliche Rolle. Daneben spielt auch die Entwicklung geeigneter Reaktionsund
Verfahrenstechnik zum Be- und Entladen dieser Speicher eine sehr wichtige
Rolle.
Latentwärmespeicher mit einem Phasenwechsel fest-flüssig werden zukünftig
eher als Kurzzeitspeicher sowohl im Sommer als auch im Winter einen Ausgleich
zwischen Lasten und Quellen/Senken bieten. Eine Ausnahme bildet das bewusste
Einsetzen der Unterkühlung der flüssigen PCM auf Raumtemperatur und die
künstliche Einleitung der Kristallisation.
Das große Potential der Latentwärmespeicher liegt nicht nur in der Verkleinerung
der Speichervolumina sondern auch darin, dass sie in unterschiedlichsten Formen
in das Gebäude oder die technischen Anlagen integriert werden können, zum
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