Einsatz von PCM-Wärmespeichern für Heizung und Warmwasser im Einfamilienhaus – Technische Bewertung und Planungsansatz
- Titel
- Einsatz von PCM-Wärmespeichern für Heizung und Warmwasser im Einfamilienhaus – Technische Bewertung und Planungsansatz
- Autor/in
- Datierung
- 24.05.2025
- Beschreibung
- In dieser Bachelorarbeit wird der praktische Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM) als
Wärmespeicher in Einfamilienhäusern untersucht. Augenmerk liegt auf den Bereichen Heizung
und Warmwasserbereitung. Ziel ist es, die technische Umsetzbarkeit, die Effizienzpotenziale
und die Herausforderungen bei der Integration solcher Systeme zu bewerten.
Im Zentrum der Untersuchung stehen zwei PCM-Speicher der Firma COWA Thermal Solutions
AG: die COWA COMPACT Cell 45 für Heizzwecke und die COWA COMPACT Cell 58 für
die Warmwasserbereitung. Beide Systeme wurden unter realitätsnahen Bedingungen installiert
und messtechnisch analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass PCM-Speicher bei gezielter Regelung,
etwa durch PV-Überschusssteuerung, eine effiziente und platzsparende Alternative zu
herkömmlichen Speichern darstellen können.
Gleichzeitig offenbart die Arbeit zentrale Herausforderungen. So kann es beim Betrieb der
COWA COMPACT Cell 45 ausserhalb des Phasenwechselbereichs zu hydraulischen Problemen
kommen. Grund ist, dass der Speicher in diesem Zustand wie ein Bypass wirkt und die
Effizienz der Wärmepumpe beeinträchtigt. Ohne gezielte Überhöhung der Speichertemperatur
bleibt das Potenzial der latenten Wärmespeicherung ungenutzt. Zudem sind eine präzise Regelung
und eine hydraulisch abgestimmte Einbindung essenziell.
Die COWA COMPACT Cell 58 konnte im Warmwasserbereich hingegen durch ihre hygienischen
Vorteile und ihre zuverlässige Leistungsabgabe überzeugen.
Als praxisnahe Hilfestellung wurde ein Planungsleitfaden mit Flussdiagramm entwickelt, der
Fachpersonen bei der Auswahl und Integration von PCM-Speichern unterstützt. Die Ergebnisse
zeigen, dass PCM-Speicher bei korrekter Auslegung eine zukunftsweisende Lösung für kompakte
und energieeffiziente Wärmespeicherung bei Platzmangel darstellen können.
This Bachelor thesis examines the practical application of phase change materials (PCMs) for
use in thermal storage systems in single-family homes, specifically for space heating and the
supply of domestic hot water. The aim is to evaluate the technical feasibility and efficiency of
PCM-based storage solutions, as well as the challenges involved in their integration.
The focus is on two storage units developed by COWA Thermal Solutions AG: the COWA
COMPACT Cell 45 for heating and the COWA COMPACT Cell 58 for hot water. Both units
were installed under realistic conditions and subjected to detailed measurement campaigns. The
findings demonstrate that PCM storage units can serve as compact and efficient alternatives to
conventional systems with appropriate control, particularly via PV surplus charging.
At the same time, however, the study reveals some key challenges. When the COWA COMPACT
Cell 45 operates outside of the phase change range, hydraulic issues may arise as the
storage unit effectively acts as a bypass, thereby impairing the heat pump's efficiency. Without
deliberate temperature elevation, the latent heat potential remains unused. Accurate control and
hydraulically optimised integration are therefore essential.
The COWA COMPACT Cell 58, on the other hand, demonstrated strong performance and hygiene
benefits in domestic hot water applications.
To support practical implementation, a planning guideline with a decision-making flowchart
has been developed. This assists professionals in evaluating and integrating PCM storage systems.
The results suggest that, when designed properly, PCM-based thermal storage offers a
promising solution for compact, energy-efficient heat management.
- In dieser Bachelorarbeit wird der praktische Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM) als
- Urheberrechtshinweis
- Gehrig Sunny, Scherer Morris, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
HSLU
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
Werk
- Titel
- Einsatz von PCM-Wärmespeichern für Heizung und Warmwasser im Einfamilienhaus – Technische Bewertung und Planungsansatz
- Beschreibung
- In dieser Bachelorarbeit wird der praktische Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM) als
Wärmespeicher in Einfamilienhäusern untersucht. Augenmerk liegt auf den Bereichen Heizung
und Warmwasserbereitung. Ziel ist es, die technische Umsetzbarkeit, die Effizienzpotenziale
und die Herausforderungen bei der Integration solcher Systeme zu bewerten.
Im Zentrum der Untersuchung stehen zwei PCM-Speicher der Firma COWA Thermal Solutions
AG: die COWA COMPACT Cell 45 für Heizzwecke und die COWA COMPACT Cell 58 für
die Warmwasserbereitung. Beide Systeme wurden unter realitätsnahen Bedingungen installiert
und messtechnisch analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass PCM-Speicher bei gezielter Regelung,
etwa durch PV-Überschusssteuerung, eine effiziente und platzsparende Alternative zu
herkömmlichen Speichern darstellen können.
Gleichzeitig offenbart die Arbeit zentrale Herausforderungen. So kann es beim Betrieb der
COWA COMPACT Cell 45 ausserhalb des Phasenwechselbereichs zu hydraulischen Problemen
kommen. Grund ist, dass der Speicher in diesem Zustand wie ein Bypass wirkt und die
Effizienz der Wärmepumpe beeinträchtigt. Ohne gezielte Überhöhung der Speichertemperatur
bleibt das Potenzial der latenten Wärmespeicherung ungenutzt. Zudem sind eine präzise Regelung
und eine hydraulisch abgestimmte Einbindung essenziell.
Die COWA COMPACT Cell 58 konnte im Warmwasserbereich hingegen durch ihre hygienischen
Vorteile und ihre zuverlässige Leistungsabgabe überzeugen.
Als praxisnahe Hilfestellung wurde ein Planungsleitfaden mit Flussdiagramm entwickelt, der
Fachpersonen bei der Auswahl und Integration von PCM-Speichern unterstützt. Die Ergebnisse
zeigen, dass PCM-Speicher bei korrekter Auslegung eine zukunftsweisende Lösung für kompakte
und energieeffiziente Wärmespeicherung bei Platzmangel darstellen können.
This Bachelor thesis examines the practical application of phase change materials (PCMs) for
use in thermal storage systems in single-family homes, specifically for space heating and the
supply of domestic hot water. The aim is to evaluate the technical feasibility and efficiency of
PCM-based storage solutions, as well as the challenges involved in their integration.
The focus is on two storage units developed by COWA Thermal Solutions AG: the COWA
COMPACT Cell 45 for heating and the COWA COMPACT Cell 58 for hot water. Both units
were installed under realistic conditions and subjected to detailed measurement campaigns. The
findings demonstrate that PCM storage units can serve as compact and efficient alternatives to
conventional systems with appropriate control, particularly via PV surplus charging.
At the same time, however, the study reveals some key challenges. When the COWA COMPACT
Cell 45 operates outside of the phase change range, hydraulic issues may arise as the
storage unit effectively acts as a bypass, thereby impairing the heat pump's efficiency. Without
deliberate temperature elevation, the latent heat potential remains unused. Accurate control and
hydraulically optimised integration are therefore essential.
The COWA COMPACT Cell 58, on the other hand, demonstrated strong performance and hygiene
benefits in domestic hot water applications.
To support practical implementation, a planning guideline with a decision-making flowchart
has been developed. This assists professionals in evaluating and integrating PCM storage systems.
The results suggest that, when designed properly, PCM-based thermal storage offers a
promising solution for compact, energy-efficient heat management.
- In dieser Bachelorarbeit wird der praktische Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM) als
- Autor/in
- Datierung
- 24.05.2025
- Format
- 53 Seiten
- Ort
- Sprache
Rechte
- Urheberrecht
- Gehrig Sunny, Scherer Morris, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Hinweis zu Rechtsgrundlagen
- Lizenzierung
- Klassifikation