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PCM Luftkollektorspeicher
Wärme speichern im Salz
Wärmespeicher - PCM Speicher - Latentspeicher
So gut der Luftkollektor auch arbeitet, in der Herbst- und Frühjahrszeit besteht an sonnenreichen Tagen eine zeitliche Verschiebung zwischen Wärmeangebot und Wärmegebrauch.
An sonnigen Tagen in der Übergangsjahreszeit produziert unser Fassadenkollektor zwischen 10 und 24 kWh an Wärme. Der Wärmebedarf unseres Gebäudes sind allerdings so gut, dass wir in an diesen Tagen tagsüber nur ca. 4-8 kWh an Heizwärme benötigen. Schön wäre es, wenn diese Mehrenergie für die Nacht gespeichert werden könnte.
Speichermöglichkeiten gibt es viele, in der Vergangenheit wurden häufig Hohlräume in Wand und Fußboden integriert, durch die die warme Luft geleitet wurde. Die sogenannten “Luft-Wandheizungen“ und “Luft-Fußbodenheizungen“ (auch als Murokausten und Hypokausten bezeichnet) sind jedoch nur mit viel Aufwand und hohen Kosten in bestehende Gebäude zu integrieren.
Auch Steinspeicher oder Wasserspeicher haben so Ihre Tücken, bergen Risiken (Wasser) und sind vom Speichervolumen eher mittelmäßig (Steinspeicher), zumal es auch noch technische Schwierigkeiten zu meistern gilt, der Wärmeübergang von der Luft in den Speicher muss so gut wie möglich erfolgen. Weiterhin ist die Verlustwärme hoch oder der Speicher muss aufwändig gedämmt werden.
Alternative Speicher lassen sich aus sogenannten PCM Materialien herstellen, die zunehmend als Energiespeicher Einzug halten. (Latent Speicher)
Ein Latentwärmespeicher ist eine Einrichtung, die thermische Energie verborgen, verlustarm und mit vielen Wiederholzyklen über lange Zeit speichern kann. Als Material wird seit eingen Jahren erfolgreich Salzhydrat verwendet.
Für die Herstellung von Latentwärmespeichern nutzt man “phase change materials“(PCM - Phasenwechselmaterial)
Wie funktioniert Energiespeicherung mit PCM?
Am einfachsten lässt sich das anhand von Wasser & Eis erklären:
Stellen Sie sich einen Eiswürfel vor, dieser soll die Temperatur Null Grad haben. Wenn Sie diesen in Ihre Hand nehmen und schmelzen so benötigen Sie hierfür Wärmenergie. Wenn er geschmolzen ist, haben Sie das gleiche Volumen an Wasser ebenfalls mit einer Temperatur von Null Grad.
Was ist passiert? Sie haben mit der Zuführung von Wärmeenergie eine Zustandsänderung von fest auf flüssig erreicht, ohne dass sich die Temperatur des Wassers geändert hat. Wenn wir nun weitere Energie zuführen erwärmt sich das Wasser weiter, entziehen wir dem Wasser die Energie wieder so gefriert es. Nur mit der Zustandsänderung lässt sich somit Energie speichern oder abrufen.
So wird beispielsweise beim Erstarren bzw. Gefrieren von Wasser, dem Phasenübergang vom flüssigen Wasser zum festen Eis bei 0 °;;;;;C, ungefähr soviel Wärme frei, wie zum Erwärmen derselben Menge Wasser von 0 °;;;;;C auf 80 °;;;;;C benötigt wird.
Nur ist für die Speicherung der Wärmeenergie aus dem Luftkollektor die Temperaturgrenze von Null Grad sehr ungünstig. Auch ist das Handling mit Eis und Wasser im Speicher mehr als schwierig zu lösen.
Hier kommen die PCM Materialien ins Spiel.
PCM Materialien können so konfiguriert werden, dass die Temperaturgrenze an denen sie schmelzen vorgegeben wird, so als würde man im obigen Beispiel bei Eis vorgeben, es solle erst bei z.B. 20 Grad schmelzen, was natürlich physikalisch nicht möglich ist. Die Nutzung eines Phasenübergangs ist für die Energiespeicherung dabei wesentlich effektiver als das bloße Erwärmen des Mediums.
Wenn wir uns die Temperaturkurven des Warmluftkollektors ansehen, so sollte die Zustandsänderung des Speichermaterials für die Energiespeicherung im Bereich zwischen 25-35 Grad liegen.
Warum ?
Der Speicher wird im Wohnraum betrieben, um unnötige Wärmeverluste so gering wie möglich zu halten. Wenn wir uns nun unsere Wohnraumtemperatur ansehen, so liegt diese zwischen 18 und 22 Grad. Wenn der Speicher entladen wird, kühlt das geschmolzene PCM ab und gibt die Wärme an die durch den Speicher strömende Luft ab. Hierzu ist eine Temperaturdifferenz von einigen Grad erforderlich. Wenn nun die Wohnraumtemperatur auf ca. 17 Grad absinkt, soll diese abgekühlte Raumluft automatisch durch den Speicher transportiert werden und erwärmt diese wieder auf ca. 22 Grad.
Hierbei behält der Speicher solange seine Temperatur von z.B. 27 Grad (gewählte Schmelztemperatur des PCM Materials) bis alle gespeicherte Energie an die Luft abgegeben und das PCM wieder vollständig erstarrt ist {++z} der Speicher ist entladen.
Die elektronische Regelung sorgt dafür, dass der Speicherlüfter erst dann seinen Betrieb startet, wenn die Raumtemperatur unter eine voreingestellte Temperaturgrenze sinkt.
Bei diesen geringen Wärmeunterschieden von 5-7 Grad spielt auch die Eigenabkühlung des PCM keine wesentliche Rolle, zumal die Energie nicht verloren geht, sondern auch zur Raumerwärmung mit beiträgt. Die Eigenabkühlung ist aber so gering, dass am nächsten Morgen der Speicher noch immer eine Kapazität von ca. 80% hat, wenn die gespeicherte Wärme nicht abgerufen wurde.
Zur Ladezyklenoptimierung werden leise und leistungsfähige Walzenlüfter und eine elektronische Steuerung aus dem Solarbereich verbaut.
Die Bauanleitung für den PCM Speicher erhalten Sie im Trubadu - Shop
Für Rückfragen stehe ich gerne zur Verfügung.
So gut der Luftkollektor auch arbeitet, in der Herbst- und Frühjahrszeit besteht an sonnenreichen Tagen eine zeitliche Verschiebung zwischen Wärmeangebot und Wärmegebrauch.
An sonnigen Tagen in der Übergangsjahreszeit produziert unser Fassadenkollektor zwischen 10 und 24 kWh an Wärme. Der Wärmebedarf unseres Gebäudes sind allerdings so gut, dass wir in an diesen Tagen tagsüber nur ca. 4-8 kWh an Heizwärme benötigen. Schön wäre es, wenn diese Mehrenergie für die Nacht gespeichert werden könnte.
Speichermöglichkeiten gibt es viele, in der Vergangenheit wurden häufig Hohlräume in Wand und Fußboden integriert, durch die die warme Luft geleitet wurde. Die sogenannten “Luft-Wandheizungen“ und “Luft-Fußbodenheizungen“ (auch als Murokausten und Hypokausten bezeichnet) sind jedoch nur mit viel Aufwand und hohen Kosten in bestehende Gebäude zu integrieren.
Auch Steinspeicher oder Wasserspeicher haben so Ihre Tücken, bergen Risiken (Wasser) und sind vom Speichervolumen eher mittelmäßig (Steinspeicher), zumal es auch noch technische Schwierigkeiten zu meistern gilt, der Wärmeübergang von der Luft in den Speicher muss so gut wie möglich erfolgen. Weiterhin ist die Verlustwärme hoch oder der Speicher muss aufwändig gedämmt werden.
Alternative Speicher lassen sich aus sogenannten PCM Materialien herstellen, die zunehmend als Energiespeicher Einzug halten. (Latent Speicher)
Ein Latentwärmespeicher ist eine Einrichtung, die thermische Energie verborgen, verlustarm und mit vielen Wiederholzyklen über lange Zeit speichern kann. Als Material wird seit eingen Jahren erfolgreich Salzhydrat verwendet.
Für die Herstellung von Latentwärmespeichern nutzt man “phase change materials“(PCM - Phasenwechselmaterial)
Wie funktioniert Energiespeicherung mit PCM?
Am einfachsten lässt sich das anhand von Wasser & Eis erklären:
Stellen Sie sich einen Eiswürfel vor, dieser soll die Temperatur Null Grad haben. Wenn Sie diesen in Ihre Hand nehmen und schmelzen so benötigen Sie hierfür Wärmenergie. Wenn er geschmolzen ist, haben Sie das gleiche Volumen an Wasser ebenfalls mit einer Temperatur von Null Grad.
Was ist passiert? Sie haben mit der Zuführung von Wärmeenergie eine Zustandsänderung von fest auf flüssig erreicht, ohne dass sich die Temperatur des Wassers geändert hat. Wenn wir nun weitere Energie zuführen erwärmt sich das Wasser weiter, entziehen wir dem Wasser die Energie wieder so gefriert es. Nur mit der Zustandsänderung lässt sich somit Energie speichern oder abrufen.
So wird beispielsweise beim Erstarren bzw. Gefrieren von Wasser, dem Phasenübergang vom flüssigen Wasser zum festen Eis bei 0 °;;;;;C, ungefähr soviel Wärme frei, wie zum Erwärmen derselben Menge Wasser von 0 °;;;;;C auf 80 °;;;;;C benötigt wird.
Nur ist für die Speicherung der Wärmeenergie aus dem Luftkollektor die Temperaturgrenze von Null Grad sehr ungünstig. Auch ist das Handling mit Eis und Wasser im Speicher mehr als schwierig zu lösen.
Hier kommen die PCM Materialien ins Spiel.
PCM Materialien können so konfiguriert werden, dass die Temperaturgrenze an denen sie schmelzen vorgegeben wird, so als würde man im obigen Beispiel bei Eis vorgeben, es solle erst bei z.B. 20 Grad schmelzen, was natürlich physikalisch nicht möglich ist. Die Nutzung eines Phasenübergangs ist für die Energiespeicherung dabei wesentlich effektiver als das bloße Erwärmen des Mediums.
Wenn wir uns die Temperaturkurven des Warmluftkollektors ansehen, so sollte die Zustandsänderung des Speichermaterials für die Energiespeicherung im Bereich zwischen 25-35 Grad liegen.
Warum ?
Der Speicher wird im Wohnraum betrieben, um unnötige Wärmeverluste so gering wie möglich zu halten. Wenn wir uns nun unsere Wohnraumtemperatur ansehen, so liegt diese zwischen 18 und 22 Grad. Wenn der Speicher entladen wird, kühlt das geschmolzene PCM ab und gibt die Wärme an die durch den Speicher strömende Luft ab. Hierzu ist eine Temperaturdifferenz von einigen Grad erforderlich. Wenn nun die Wohnraumtemperatur auf ca. 17 Grad absinkt, soll diese abgekühlte Raumluft automatisch durch den Speicher transportiert werden und erwärmt diese wieder auf ca. 22 Grad.
Hierbei behält der Speicher solange seine Temperatur von z.B. 27 Grad (gewählte Schmelztemperatur des PCM Materials) bis alle gespeicherte Energie an die Luft abgegeben und das PCM wieder vollständig erstarrt ist {++z} der Speicher ist entladen.
Die elektronische Regelung sorgt dafür, dass der Speicherlüfter erst dann seinen Betrieb startet, wenn die Raumtemperatur unter eine voreingestellte Temperaturgrenze sinkt.
Bei diesen geringen Wärmeunterschieden von 5-7 Grad spielt auch die Eigenabkühlung des PCM keine wesentliche Rolle, zumal die Energie nicht verloren geht, sondern auch zur Raumerwärmung mit beiträgt. Die Eigenabkühlung ist aber so gering, dass am nächsten Morgen der Speicher noch immer eine Kapazität von ca. 80% hat, wenn die gespeicherte Wärme nicht abgerufen wurde.
Zur Ladezyklenoptimierung werden leise und leistungsfähige Walzenlüfter und eine elektronische Steuerung aus dem Solarbereich verbaut.
Die Bauanleitung für den PCM Speicher erhalten Sie im Trubadu - Shop
Für Rückfragen stehe ich gerne zur Verfügung.
