Kapsel aus Phasenwechselmaterial sorgt für höhere thermische Energiespeicherung
Der jährliche Energieverbrauch in der EU geht zu 50 % auf das Heizen und Kühlen zurück, und dies ist somit der Sektor mit dem größten Energieeinsparungspotenzial in Europa, der dringend nachhaltiger werden muss. Eine Lösung ist die Verwendung von Phasenwechselmaterial, das große Mengen thermischer Energie speichern und freisetzen kann, um ein Heizen oder Kühlen zu gewährleisten. Über die vergangenen Jahrzehnte haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach einer effektiven Methode für die Übertragung von Phasenwechselmaterialien in eine benutzerfreundlichere Form gesucht. Doch bestehende Mikro- und Makroverkapselungslösungen für die Phasenwechselmaterial-Speicherung haben sich bislang als technisch, industriell und wirtschaftlich ungeeignet erwiesen.
Kleiner, aber effizienter
Das EU-finanzierte Projekt Hi-ThermCap überwand dieses Herausforderung durch die Entwicklung einer hochkapazitativen, hochleistungsfähigen Kapsel für die thermische Energiespeicherung für kohlenstoffarme und energieeffiziente Heiz- und Kühlsysteme. „Phasenwechselmaterialien ermöglichen das Speichern großer Mengen Energie in relativ kleinen Volumen, was in einigen der geringsten Speichermedienkosten aller Speicherkonzepte resultiert“, sagt Gerrit Sonnenrein, Projektkoordinator und Leiter Innovation des deutschen KMU ESDA Technologie GmbH. Thermische Energie kann zudem exakt bei der Temperatur gespeichert und emittiert werden, bei der die Energiewandler am effizientesten funktionieren und die verbundenen Systeme optimiert werden. „Die Laufzeiten von Energiewandlern können zudem verzögert oder verlängert werden, um die Systemeffizienz zu steigern und die Größe der Energiewandler zu reduzieren“, erklärt Sonnenrein. Die Forschenden entwickelten HeatSel®, eine linsenförmige, tellergroße mit Phasenwechselmaterial gefüllte Kapsel zur Verwendung als Wärmeübertragungsmedium in wässrigen Systemen. Sonnenrein erklärt hierzu: „HeatSel® stellt einen wichtigen Durchbruch bei der Erhöhung der Speicherkapazität für die Wärme- und Kältespeicherung um das Drei- bis Vierfache dar. Es handelt sich zudem um das erste Makroverkapselungsprodukt für Phasenwechselmaterial, das das RAL PCM-Gütezeichen erhalten hat, das weltweit höchste Gütezeichen für die Produktion von Phasenwechselmaterial.“
Breite Anwendung
Latente Wärme ist mit Phasenwechseln zwischen Flüssigkeiten, Gasen und Feststoffen verbunden. Fühlbare Wärme betrifft jedoch Temperaturänderungen eines Mediums ohne Phasenwechsel. Latente Speicherungssysteme können daher nur eine sinnvolle Integration in komplexe Systeme wie Gebäudeausrüstung erreichen, wenn sich deren Kapazität ebenso wie deren Entlade- und Aufladeleistung in einem breiten Spektrum und in einem Temperaturbereich, der so präzise wie möglich definiert ist, steuern lässt. Daher ist HeatSel® von Wasser umgeben, welches als Medium für die Wärmeübertragung fungiert, um die Wärmeübertragung vom Wärmemedium an das Phasenwechselmaterial zu optimieren und somit eine hochleistungsfähige, hochkapazitative, jedoch kosteneffiziente und benutzerfreundliche Lösung zu ermöglichen, die einfach in bestehende Heiz- und Kühlsysteme integriert werden kann. Zu den Vorteilen zählt ein Anstieg der generellen Effizienz und eine bessere Zuverlässigkeit, die zu weniger Investitions- und Betriebskosten wie auch zu weniger Umweltverschmutzung aufgrund geringerer CO2-Emissionen führen. HeatSel® zielt auf den hochvolumigen Heizungs- und Kühlungsmarkt in europäischen Wohngebäuden ab. Ein sekundärer Markt ist die Kühlung für industrielle Prozesse/Wärme. ESDA rechnet mit großen Implikationen für HeatSel® in Kombination mit thermischen Solarenergie- und Wärmepumpensystemen mit einem kumulierten Umsatz von 33,7 Mio. EUR bis 2023. „Zu den einzigartigen Verkaufsargumenten zähle eine vielseitige Anwendbarkeit mit einem breiten Spektrum von Wärmetauschern, eine hohe Energieeffizienz durch die Energierückgewinnung und die Förderung der erneuerbaren Energie wie z. B. thermischer Solartechnik“, berichtet Sonnenrein.
Schlüsselbegriffe
Hi-ThermCap, Speicherung, Kühlung, Heizung, thermische Energie, HeatSel®, Makroverkapselung, Phasenwechselmaterial, Energiewandler, RAL PCM-Gütezeichen
