Micronal PCM Katalog für Architekten und Planer 2010

BINE themeninfo I/200919Aus der PraxisNeuartiges Rückkühlkonzept mit PCMWasserPCMLeitungsrohrAbb. 33 Phasenwechsel-Flüssigkeiten (Slurries) bestehen auseiner Trägerflüssigkeit und darin suspendierten oder emulgiertenPCM. Aufgrund der Partikelgrößen entsteht eine weiße Flüssigkeit.Quelle: ZAE Bayern (li.), Fraunhofer ISE (re.)liegen darf, würde man mit reinem Wasser nur noch eineWärmemenge von 42 kJ/kg speichern können. Bei diesenAnwendungen ist eine Flüssigkeit, die PCM enthält, vongroßem Vorteil. Bei geeigneter Schmelztemperatur kanndie Wärmekapazität genau im gewünschten Temperaturbereicherhöht werden.Marktgängig sind bereits Wasser/Eis-Mischungen, diebis zu einem gewissen Anteil an Eiskristallen pumpfähigbleiben. Sie können jedoch materialbedingt nur unter 0 °Ceingesetzt werden. Oberhalb 0 °C werden heute hauptsächlichzwei verschiedene Technologien eingesetzt, umParaffine in Wasser einzubringen. Zum einen werden siemikroverkapselt und anschließend in Wasser suspendiert,zum anderen kann Paraffin mithilfe entsprechenderAdditive in Wasser direkt emulgiert werden. Beide Prozessesollen verhindern, dass das Paraffin – wenn esgeschmolzen ist – zu größeren Tropfen zusammenfließtund sich vom Wasser trennt. Gleichzeitig sorgt die Dispergierungdafür, dass das Paraffin im flüssigen wie im festenZustand überhaupt gepumpt werden kann.Für den Einsatz von Phasenwechsel-Flüssigkeiten (PCM-Slurries) erscheinen Kälteanlagen besonders geeignet,da bei ihnen die Forderung nach geringen Temperaturspreizungenim System erfüllt ist. Zudem ist hier eineKältespeicherung sinnvoll, um günstigere Betriebsbedingungenfür die eingesetzten Kältemaschinen zu erreichenund das öffentliche Stromnetz tagsüber zu entlasten.Soll z. B. ein Gebäude in dieser Zeit auf 20 °C gekühltwerden, so ist es zwar möglich, während der Nacht einenKältespeicher bis 0 °C zu beladen. Dies führt aber zugeringen Wirkungsgraden der eingesetzten Kältemaschinesowie zu hohen Speicherverlusten. Beim Einsatz einerPhasenwechsel-Flüssigkeit mit einem Schmelzbereichzwischen 10 °C und z. B. 20 °C und der doppelten Speicherdichtevon Wasser, könnte dieselbe Speicherdichte schonbeim Kühlen des Speichers auf 10 °C erreicht werden.Ein weiteres Potenzial der Slurries liegt im vergleichsweiseeinfachen Einsatz als Wärmeträgerflüssigkeit inbestehenden Kältespeichern, um deren Speicherkapazitätzu erhöhen.In herkömmlichen Systemen zum solaren Heizen und Kühlen mit Absorptionskälteanlagenwird die Abwärme über einen Nasskühlturm abgegeben,was einen erheblichen Wasserverbrauch und hohen Wartungsaufwandzur Folge hat. Deshalb wird mit dem Forschungsprojekt „SolaresHeizen und Kühlen mit kompakter Absorptionskälteanlage und Latentwärmespeicher“(SolCool) ein gänzlich neuer Ansatz verfolgt: An Stelle desNasskühlturms wird ein patentiertes Rückkühlkonzept mit trockenemLuftkühler und innovativem Latentwärmespeicher erprobt. Der Latentwärmespeichermit einer Phasenwechsel-Temperatur von 29 °C speicherttagsüber einen Teil der Abwärme, die dann nachts abgegeben wird.Zudem steht dieser Speicher mit hoher Kapazität für die Kurzzeitpufferungdes solaren Ertrags während der Heizperiode zur Verfügung. Der Versuchsbetriebam ZAE Bayern hat gezeigt, dass durch den Einsatz eines Latentwärmespeichersdie Rückkühlung der Absorptionskälteanlage imKühlbetrieb auch bei hohen Außentemperaturen auf dem gefordertenTemperaturniveau von 32 °C gehalten werden kann. Die erhöhte Leistungsaufnahmedurch das nächtliche Entladen des Speichers ist hierbeiklein. Sie wird durch die Verlagerung des Spitzenlaststrombedarfs fürdie Rückkühlung in die Schwachlastzeiten mehr als ausgeglichen.Im Heizbetrieb steigt die solare Deckungsrate durch den Einsatz desSpeichers stark an. Zum einen kann überschüssige Wärme tagsüber fürdie Nacht gepuffert werden, zum anderen sinken die Verluste des Kollektorswährend des Ladevorgangs. Maßgeblich hierfür ist die latente Wärmespeicherungbei konstant niedriger Temperatur. Ein „Hochlaufen“ derKollektortemperatur und damit verbundene Wirkungsgradeinbußen –wie bei üblichen sensiblen Warmwasserspeichern – können dadurchvermieden werden. Innerhalb der zwei Betriebsjahre hat der Speicheretwa 300 Heiz- und Kühlzyklen ohne Störung durchlaufen. Er führt innerhalbdes Systems zu einer wesentlichen Verbesserung der Systemeffizienz,speziell im Heizbetrieb – was durch seine niedrige Speichertemperaturerreicht wird. Die Anlage wird jetzt hinsichtlich der Regelungsstrategie undMinimierung des Hilfsenergiebedarfs optimiert. Für das Gesamtsystemwird eine elektrische Leistungsziffer – das Verhältnis von mittlerem Stromverbrauchzu erzeugter Nutzkälte – während des Kühlbetriebes von über10 und in der Heizperiode um 8 angestrebt.Abb. 34 Niedertemperatur-Latentwärmespeicher des Projekts „SolCool“.Quelle: ZAE Bayern