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Bild: Aufbau und thermische Charakterisierung eines Speichers zur Untersuchung von makro-verkapselten PCM-Systemen

Aufbau und thermische Charakterisierung eines Speichers zur Untersuchung von makro-verkapselten PCM-Systemen

Reto Hendry

      Titel
      • Aufbau und thermische Charakterisierung eines Speichers zur Untersuchung von makro-verkapselten PCM-Systemen
      Autor/in
      Datierung
      • 07.01.2019
      Beschreibung
      • Eine zentrale Herausforderung bei Latentspeichern ist eine effektive Wärmeübertragung. Ein mögliches Wärme-übertragungskonzept besteht darin, das Phasenwechselmaterial (PCM) zu verkapseln und die Kapseln mit einem Wärmetransferfluid (WTF) zu umströmen. Die Kapseln dienen dann als Trennung wie auch als Wärmeaustausch-fläche zwischen WTF und PCM. Ein Forschungsteam des Kompetenzzentrums Thermische Energiespeicher an der Hochschule Luzern optimiert und entwickelt derzeit makro-verkapselte PCM-Systeme. In einem nächsten Schritt müssen deren computergestützte Simulationen an einem experimentellen Prüfstand validiert werden.
        In der vorliegenden Arbeit soll ein Prüfstand zur Untersuchung von makro-verkapselten PCM-Systemen aufgebaut werden. Nach dem Aufbau soll der Prüfstand in einem ersten Schritt ohne Kapseln thermisch und strömungstech-nisch charakterisiert werden. Dazu werden die Wärmeverluste des Wärmespeichers bestimmt sowie eine Energie-bilanz und Quantifizierung der Durchmischung ausgeführt.
        Der Prüfstand konnte erfolgreich aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Die erstellte Bedienungsanleitung liegt in einem separaten Dokument vor. Nach der Inbetriebnahme wurden Messungen für die Charakterisierung des Prüfstands durchgeführt.
        Die Ergebnisse zeigen, dass wenn das kältere WTF von unten in den Wärmespeicher einströmt sich eine deutliche thermische Schichtung bildet. Wenn das kältere WTF hingegen von oben in den Wärmespeicher einströmt, wird der Wärmespeicher stark durchmischt. Eine mit Lebensmittelfarbe durchgeführte Strömungsvisualisierung bestä-tigt dieses Ergebnis.

        A key challenge with a latent thermal energy storage is an effective overall heat transfer. One possibility to achieve an efficient over all heat transfer is to encapsulate the phase change material (PCM). A heat transfer fluid (HTF) will then pass through a packed bed of capsules. The capsules then serve as a separation as well as a heat exchange surface between HTF and PCM. A research team at the Competence Center Thermal Energy Storage at Lucerne University of Applied Sciences is currently optimizing and developing a macro-encapsulated PCM system. In a next step, their computer-based simulations must be validated with an experimental test bench.
        In the present work, a test bench for the investigation of the macro-encapsulated PCM systems will be set up. After the construction, the test bench shall be characterized thermally and fluidically with only water in the system. For this purpose, the heat losses of the thermal storage are determined. An energy balance and quantification of the mixing shall be carried out too.
        The test bench was successfully set up and put into operation. The created user manual is available in a separate document. After commissioning, measurements were carried out for the characterization of the test bench.
        The results show that when the colder HTF flows from below into the thermal storage a distinct thermal stratifica-tion forms. On the other hand, if the colder HTF flows from above into the thermal storage, it gets mixed up. A carried-out flow visualization with food colorant confirms this result.
      Urheberrechtshinweis
      • Hendry Reto, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur