TITK: Technische Phasenwechselmaterialien zur Speicherung von Wärme und Kälte

Das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK e.V.) hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von technischen Phasenwechselmaterialien zur Speicherung von Wärme und Kälte spezialisiert. Im Rahmen eines vom BMWi geförderten Forschungsprojektes konnten ein hochleistungsfähiges, thermisches luftgespeistes Speichermodul sowie ein hochkapazitiver wassergeführter PCM-Granulatspeicher entwickelt werden.

Grundlage für dieses Forschungsprojekt ist die am Institut 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 zu 190 J/g (52 Wh/kg) auf. Die Granulatform ermöglicht eine große Wärmeübertragungsfläche, so dass hohe Ein- und Ausspeicherleistungen umgesetzt werden können. Dabei kann Wasser oder Luft als Wärmetransportmedium verwendet werden. Ein weiterer großer Vorteil ist die thermoplastische Verarbeitbarkeit des PCM-Granulats. So können Platten, Folien, Pulver sowie Spritzgusskörper realisiert werden.

Abb. 1: 300 kg PCM-Granulatspeicher mit Speichertemperatur von 42°C.

Auf dieser Basis wurde das PCM-Granulat für den Einsatz in einem Pufferspeicher weiterentwickelt. Im Projekt konnte dabei ein 600 l Glasspeicher mit 300 kg PCM-Granulat und einer Speichertemperatur von 42°C verwirklicht werden (Abb. 1). Die am Speicher durchgeführten Tests zur Be- und Entladung des PCM-Granulats ergaben, dass der PCM-Granulat-Speicher die 2 bis 4 fache Kapazität gegenüber einen gleichgroßen Wasserspeicher speichern kann. 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 kann z.B. durch eine Solarthermieanlage oder Wärmepumpe durchgeführt werden. Die gespeicherte Wärmeenergie kann beispielsweise zu Heizzwecken oder Vorwärmung von Trinkwasser genutzt werden.

Ein weiteres Ergebnis des Projektes ist die Entwicklung eines hochleistungsfähigen, thermischen Speichermoduls auf Basis von PCM-Verbundplatten (Abb. 2). Das dargestellte voll funktionstüchtige Modell mit integrierten Platten aus PCM-Compound weist eine Wärmetauscherfläche von 2,5 qm auf. Durch den 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.

Abb. 2: voll funktionstüchtige Klimabox mit Speichertemperatur von 27°C.

Der große Vorteil dieser Technologie ist die variable Größe, so dass eine optimale Anpassung an einen individuellen Leistungs- und Kapazitätsbereich realisiert werden kann. Einsatzgebiete wären z.B. die Speicherung von Abluftwärme oder der Ausgleich von Lufttemperaturschwankungen.

Diese Projektergebnisse werden auf der Fakuma 2014 am Messestand der OMPG - Ostthüringische Materialprüfgesellschaft für Textil und Kunststoffe mbH in Halle B3, Stand 3201 anhand eines Posters dargestellt.

Weitere Informationen: www.ompg.de, www.titk.de

Fakuma 2014, Friedrichshafen, 14.-18.10.2014, Halle B3, Stand 3201

Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK e.V.), Rudolstadt

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