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Komponenten für Kältespeichersysteme

BMWi (PT Euronorm)

Dr. Jörg Waschull

+49-351-4081-771

abgeschlossen

Zeitlich flexibler Stromverbrauch von Kälteanlagen

Ziel des Vorhabens

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines Latentspeicherverdampfers für den energieangebotsgeführten Betrieb von Kälteanlagen (LaveK).

Im Rahmen des Projektes wurden die technischen Voraussetzungen dafür geschaffen, Kälteanlagen nicht mehr, wie allgemein üblich, nach den Kühlanforderungen sondern nach der Energieverfügbarkeit bzw. den Energiekosten betreiben zu können.

Innerhalb des Projektes wurden vier Themenschwerpunkte bearbeitet:

  • Entwicklung eines Kältespeichers mit integrierten Wärmeübertragern,
  • Entwicklung von angepassten Maßnahmen zur Beeinflussung des Wärmeübergangs zwischen Kältespeicher und Kühlraum,
  • Entwicklung eines Ladezustandssensors,
  • sowie die Entwicklung einer Steuerung mit Kommunikationsschnittstellen.

Zur Festlegung des Kältespeicheraufbaus erfolgten Eisbildungsversuche mit verschiedenen Salz-Wasser-Eutektika an unterschiedlichen Wärmetauschergeometrien.  Im Ergebnis der Beurteilung verschiedener Verfahren zur Steuerung des Wärmetransports wurde die Wärmeübergangsbeeinflussung durch eine ventilgesteuerte Heatpipe realisiert, deren Kondensator in den Speicherverdampfer-Behälter integriert ist und deren Verdampfer den Kühlraum bei variabler Kühlleistung auf einer konstanten Temperatur hält. Die Funktionsfähigkeit dieses thermischen Systems wurde an einem entsprechend modifizierten Haushaltkühlgerät nachgewiesen.

Der für einen planbaren Kühlbetrieb erforderliche Ladezustandssensor wurde auf der Basis eines leitfähigen Polymers realisiert. Dabei wird die Eigenschaft derartiger Polymere ausgenutzt, ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Dehnung zu ändern. Im Anwendungsfall als Ladezustandssensor wird die sich ändernde Dehnung durch die Volumenänderung des Speichermaterials beim Phasenwechsel hervorgerufen. Das Sensorelement dient dabei gleichzeitig als Ausdehnungsvolumen, das im Speicherbehälter die bei der Erstarrung des Speichermaterials auftretende Volumenzunahme ausgleicht. Weitere Informationen dazu finden Sie hier

Die Kommunikation zum übergeordneten Energiesystem (z.B. PV-Wechselrichter, Energiemanager, Smartmeter) wurde durch eine WLAN-gekoppelte Steuerungseinheit mit Nutzerschnittstellen auf Mikrocontrollerbasis realisiert. Die nachgewiesene Kühlautonomie des Funktionsmusters (Bild 1) lag bei ca. 24h.

Die mit derart ausgestatteten Geräten erreichbare Entkopplung von Kühl- und Energiebedarf ermöglicht eine Reihe neuer Anwendungsgebiete solcher LaveK-Geräte. Dazu gehören beispielsweise der Einsatz in Smart Grids mit variablen Stromtarifen und Fernwirkmöglichkeiten für EVUs, der durchgehende Kühlbetrieb mit planbaren, völlig geräuschemissionsfreien Zeitintervallen, die Erhöhung des Eigenverbrauchs für dezentrale Energieerzeuger, die Nutzung von Überschussenergie in Inselsystemen oder der Betrieb in Regionen mit unsicherer Elektroenergieversorgung. Weitere Details zu den einzelnen Arbeitsschwerpunkten des Projektes sind in der Videopräsentation zusammengestellt (auf Englisch).

Darüber hinaus erfolgte eine Publikation der Ergebnisse des Projektes in den Energy Procedia. Das ILK Dresden ist daran interessiert, die Projektergebnisse im Rahmen von Anpassungsentwicklungen auf andere geeignete Kältesysteme zu übertragen.


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