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Arbeitskreis Energie Dienstag
Fachsitzungen
– Haupt-, Fach- und Kurzvorträge –
AKE 1 Wärmedämmung und thermodynamische Speicher
Zeit: Dienstag 10:15–12:25 Raum: HS 17
Fachvortrag AKE 1.1 Di 10:15 HS 17
Neue Konzepte thermischer Energiespeicherung im Bereich bis
300 o C — •Wolfgang Schölkopf 1 , Andreas Hauer 1 und Harald
Mehling 2 — 1 ZAE, Abteilung 4 (Solarthermie und Biomassespeicherung),
Walther-Meissner-Str. 6, D-85748 Garching — 2 ZAE, Abteilung
1 (Energieumwandlung und -speicherung), Walther-Meissner-Str.
6, D-85748 Garching
Aus den thermodynamischen Grundlagen lassen sich theoretische
Grenzen und Möglichkeiten für neue Speicherkonzepte ableiten.
So muss zur direkten Wärmespeicherung im Speichermedium die zugeführte
Wärmemenge Q des Temperaturniveaus T die Energiemenge
Q und die zugehörige Entropiemenge S = Q/T zugleich und gemeinsam
aufgenommen werden. Dies gilt für die Speicherung sensibler und
latenter Wärme. Aus der daraus abschätzbaren Entropiekapazität direkter
Wärmespeicher lassen sich Obergrenzen der Speicher-Energiedichte
angeben. Insbesondere neue Speichersysteme mit Phasenwechselmaterialien
und ihre Anwendungsbereiche werden diskutiert.
Unter indirekter Wärmespeicherung wird verstanden, dass Energie
und Entropie der zugeführten Wärme für den Speicherprozess getrennt
werden. Die Entropie verlässt das Speichersystem über Abwärme
während des Ladevorgangs. Bei der Entladung muss eine wärmeführende
Kopplung an die Umgebung bestehen, damit die Entropie für die
Wärmeabgabe des Speichers bereit gestellt werden kann. Indirekte Speichersysteme
sind deshalb nicht autark. Wie dargestellt wird, können sie
deutlich höhere Energiedichten als direkte Wärmespeicher erreichen. Als
Beispiele werden Sorptionsspeicher mit flüssigen und festen Sorbentien
vorgestellt.
AKE 1.2 Di 10:45 HS 17
Innovative PCM-Technologien - Überblick über laufende Projekte
und Aktivitäten — •Harald Mehling — ZAE, Abteilung
1 (Energieumwandlung und -speicherung), Walther-Meissner-Str. 6, D-
85748 Garching
Gebäude in Massivbauweise haben im Gegensatz zu Gebäuden in
Leichtbauweise ein ausgeglicheneres Innenklima und damit auch geringeren
Heiz- und Kühlbedarf. Eine Möglichkeit, die thermische Speicherfähigkeit
der Gebäude in Leichtbauweise zu erhöhen, um das thermische
Verhalten von Gebäuden in Massivbauweise zu erreichen, bietet
der Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM engl. Phase Change
Materials). Solche Materialien erfahren einen Phasenübergang, vorwiegend
fest-flüssig, und können somit, wenn sie ihre Schmelztemperatur
erreichen, grosse Wärmemengen in einem engen Temperaturbereich speichern.
In den letzten 10 Jahren haben die Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet
der PCM weltweit stark zugenommen. Wesentliche Erfolge dieser
Aktivitäten sind die Erhöhung der Langzeitstabilität der PCM sowie die
Verbesserung der Handhabbarkeit durch geeignete Verkapselungen. Der
Mangel an verkapselten PCM war lange Zeit der begrenzende Faktor
bei der Entwicklung von PCM-Anwendungen zur Marktreife. Momentan
laufende Entwicklungen sind unter anderem mikroverkapselte PCM für
Putze, der Einsatz in Wänden bei TWD-Anwendungen und die thermische
Pufferung von Solarluftsystemen.
AKE 1.3Di 11:05 HS 17
Thermochemischer Speicher mit Zeolith zum Heizen und
Kühlen — •Andreas Hauer — ZAE, Abteilung 4 (Solarthermie und
Biomassespeicherung), Walther-Meissner-Str. 6, D-85748 Garching
Die Adsorption von Wasserdampf an Zeolith kann als reversibler Speicherprozess
für Niedertemperaturwärme (bis 250 o C) genutzt werden.
Derartige Sorptionsspeicher, oft auch thermochemische Speicher genannt,
ermöglichen deutlich höhere Speicherdichten als konventionelle Wasserspeicher.
Da sie als Adsorptionswärmepumpe arbeiten, können sie, angetrieben
durch Temperaturen über 100 o C, Wärme niederer Tempera-
tur, z.B. die Restwärme eines Fernwärmerücklaufs, anheben und einer
Nutzung zuführen. Sie können auch als Adsorptionskältemaschinen betrieben
werden und Klimatisierungsaufgaben übernehmen.
Ein solches thermochemisches Speichersystem mit einer Speicherkapazität
von ca. 1,2 MWh wird im Fernwärmenetz der Stadtwerke München
betrieben. Es dient einerseits zum Lastausgleich (Tag-Nacht-Ausgleich)
im Netz und beheizt ein Schulgebäude mit ca. 1600 m 2 . Andererseits
wird es zur Klimatisierung eines Jazz-Clubs eingesetzt und kann so auch
im Sommer die im Überfluss zur Verfügung stehende Fernwärme nutzen.
Das Speichersystem wurde 1997 aufgebaut. Die im praktischen Betrieb
gewonnenen Ergebnisse werden präsentiert und mit theoretischen Werten
verglichen.
AKE 1.4 Di 11:25 HS 17
Untersuchung eines Latentwärmespeichers zur Verwendung
mit transparenter Wärmedämmung als solare Gebäudewand
— •Soehring Peer 1 , Schmitz Gerhard 1 und Spitzer Hartwig 2
— 1 TU Hamburg-Harburg, Arbeitsbereich Technische Thermodynamik,
Denickestr.17, 21073Hamburg — 2 Universität Hamburg, 2. Institut für
Experimantalphysik, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg
Sie Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach Latentspeichermaterialien,
die für eine Kombination mit transparenter Wärmedämmung in Frage
kommen. Benötigt wird eine Kombination aus hoher Latentwärme, ausreichender
Wärmeleitfähigkeit, geeignetem Schmelzpunkt, geringer Unterkühlung
und ausreichender Zyklenstabilität. Weder Salzhydrate noch
Paraffine besitzen von Natur aus alle geforderten Eigenschaften.
Simuliert wurden Speicher verschiedener Stärke und Schmelzpunkte
aus Salzhydrat, Paraffin sowie gebundenem Paraffin in Holz- und Graphitplatten.
Als neue und vielversprechende Technik wurden paraffingefüllte
Graphitplatten für weitere Untersuchungen ausgewählt. Erste
Messergebnisse von einem Laborversuchsstand werden vorgestellt.
AKE 1.5 Di 11:45 HS 17
Passiver Kühlkreislauf mit Kälteerzeugung durch Strahlungskühlung
— •Matthias Schäfer, Dietrich Büttner und
Jochen Fricke —ZAEWürzburg, Am Hubland, 97070 Würzburg
Im Würzburger Experimentier-Gebäude des ZAE Bayern wurde der
vorhandene Kühlwasserkreislauf durch ein passives Kühlsystem ergänzt,
das Regenwasser aus einer unterirdischen 40 cbm Zisterne tagsüber als
Kühlmedium nutzt. Dabei erwärmt sich das Wasser und wird zur
Rückkühlung nachts über das Blechdach des Gebäudes gepumpt. Der
sich ausbildende optisch dicke Wasserfilm auf dem Dach strahlt Wärme
im IR-Bereich in den Himmel ab. Zusätzlich findet Abkühlung durch
Konvektion und Verdunstung statt. Meßdaten belegen bei 75 qm Dachfläche
Spitzenkühlleistungen von über 10 kW thermisch, im Mittel etwa
3-4 kW entsprechend 30 W/qm. Damit ergeben sich Arbeitszahlen von
über 5, d.h. die Anlage arbeitet weitaus effizienter als eine konventionelle
Kompressionskältemaschine.
AKE 1.6 Di 12:05 HS 17
Die außen liegende Wandheizung — •Gerhard Luther 1 und
Horst Altgeld 2 — 1 FSt. Zukunftsenergie c/o Technische Physik,
Bau 38, Universität des Saarlandes, D-66041 Saarbrücken — 2 Institut
für Zukunftsenergiesysteme (IZES), Altenkesseler Str. 17, D-66115 Saarbrücken
Zur Ausnutzung von Wärmequellen mit sehr niedriger Vorlauftemperatur
wird das Konzept der außen liegenden Wandheizung (aWH) vorgestellt.
Bei der aWH wird Heizwärme an der Außenseite einer Außenwand,
und zwar zwischen der massiven Wand und einer neu aufzubringenden
Wärmedämmung, übertragen. Die aWH eignet sich insbesondere zur kostengünstigen
und Bewohner-freundlichen Nachrüstung eines gesonderten
Niedertemperatur-Heizkreises für Altbauten im Zusammenhang mit der
Anbringung einer Außendämmung (Thermohaut).