Platzsparender Latentwärmespeicher für die Gebäudetechnik
Eisspeicher nutzen den Gefrierprozess des Wassers, um Energie zu speichern. Weil der Gefrierpunkt bei Null Grad Celsius liegt, können sie aber nur in einem bestimmten Temperaturbereich effizient arbeiten. Die Abteilung „Technik & Architektur“ von der Hochschule Luzern hat mit einem Industriepartner einen Speicher entwickelt, der bezüglich Temperatur flexibler ist und darum weniger Platz braucht. Möglich machen dies sogenannte Phase Change Materials (PCM).
Weil mit Energiespeicherung erneuerbare Energien wie Solarstrom gleichmässig verfügbar gemacht und überschüssige Energie weiter genutzt werden kann, gilt sie als zentrales Element bei der Umsetzung der Energiewende. Eine Möglichkeit sind Latentwärmespeicher: Sie nutzen den Phasenübergang des Speichermaterials, um Energie zu speichern. So geschieht zum Beispiel bei Eisspeichern durch Gefrieren des Wassers.
Das Kompetenzzentrum „Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik“ des Departements „Technik & Architektur“ der Hochschule Luzern (HSLU) hat nun zusammen mit dem Industriepartner Fafco einen Speicher entwickelt, der breiter anwendbar ist als ein Eisspeicher. Denn Eisspeicher eignen sich nicht für alle Fälle der Kühlung in der Industrie, weil dort für gewisse Prozesse tiefere Temperaturen benötigt werden und der Gefrierpunkt des Wassers mit 0 Grad zu hoch ist. Für den Einsatz in der Gebäudetechnik ist er ebenfalls nicht effizient genug, weil für die Klimatisierung Temperaturen von 10 bis 15 Grad benötigt werden. «Wenn die Anwendung im Bereich 10 bis 15 Grad anfällt, wollen wir auch in diesem Temperaturbereich die Energie speichern, ansonsten wird zusätzliche Energie aufgewendet, um auf die Speichertemperatur zu kühlen und wieder aufzuheizen», erklärt dazu Maschinentechnikingenieur Simon Maranda von der HSLU. Im Analyselabor hat er deshalb über 100 Materialien aus dem Bereich der Phase Change Materials (PCM) untersucht, um jene zu finden, die entweder bei Minus 10 Grad oder im Bereich von 10 bis 15 Grad erstarren. Dies war jedoch nicht das einzige Kriterium, welches das neue Speichermittel erfüllen sollte: „Das Material darf sich mit dem Phasenwechsel nicht verändern“, sagt Maranda. Wenn es nach dem Erstarren wieder flüssig werde, müsse es wieder die ursprünglichen Eigenschaften haben, sonst sei nur ein Speicherzyklus möglich.
Kleiner und flexibler
Zurzeit ist ein Prototyp in Betrieb, der für die Einsatzbereiche Industriekühlung und Gebäudetechnik geeignet ist. Ein weiterer Einsatzbereich ist in Planung. „Um Brauchwarmwasser in Gebäuden zu heizen, sind Temperaturen von 50 bis 60 Grad gefragt“, sagt Maranda. Um Energie für das Brauchwarmwasser zu speichern, würden derzeit Heisswassertanks genutzt. „Im flüssigen Zustand kann ein Material aber viel weniger Energie speichern, weshalb die Tanks sehr gross sein müssen.“ Mit einem PCM, das in diesem Temperaturbereich erstarrt, kann demnach viel Platz gespart werden. „Ein solcher Speicher wäre rund drei Mal kleiner als ein Heizwassertank“, sagt Maranda.
Das Forschungsprojekt wird von der Kommission für Technologie und Innovation unterstützt. Die Hochschule Luzern arbeitet im Rahmen verschiedener SCCER (Swiss Competence Centers for Energy Research) an Lösungen für die Energiewende. Diese Aktivitäten gliedern sich daher auch in die Tätigkeiten des schweizweiten Forschungsnetzwerkes „SCCER Storage of Heat and Electricity“ ein. (mai/mgt)
