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Verbundbauteil mit schaltbaren Wärmetransporteigen

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

11/2013 - 03/2016

Dipl.-Ing. (FH) Christian Friebe

+49-351-4081-659

abgeschlossen

Wärmeleitung und Wärmekapazität

Schaltbare Wärmeleitung und Wärmekapazität

Das Projektziel des Forschungsvorhabens ist es, ein Verbundbauteil mit schaltbaren Wärmetransporteigenschaften zu entwickeln. Die schaltbare Eigenschaft betrifft sowohl die Wärmeleitfähigkeit als auch die Wärmekapazität. Nach Möglichkeit soll die Schaltung über einen weiten Parameterbereich erfolgen, um einen großen technischen Einsatzbereich zu erschließen.

Insbesondere bei thermischen Prozessen kann durch derartig schaltbare Wärmetransporteigenschaften der Konstruktionselemente energetisches Einsparpotential in den Prozessabläufen erschlossen werden. Weiterhin bietet die Veränderung der Wärmetransporteigenschaften bei vielen Prozessen mit Kondensationsvorgängen an Oberflächen die Möglichkeit, zeitabhängig energetisch optimale Zustände für den Phasenübergang einzustellen. Bei Kondensationsvorgängen können erfahrungsgemäß besonders große Energieeffizienzsteigerungen erreicht werden.

Davon ausgehend, dass in vielen technischen Prozessen Wärmetransport- und auch Stofftransportvorgänge für die Energieeffizienz einen entscheidenden Beitrag leisten, ist es wünschenswert, das neuartige Verbundbauteil möglichst universell über einen weiten Parameterbereich einzusetzen. Reizvoll ist diese Technologie z.B. in Form einer schaltbaren Wärmedämmung in der Gebäudetechnik (bei kalter Witterung dämmende und bei warmer Witterung gut wärmeleitende Außenwand) als auch in industriellen Prozessen, in denen zeitliche Temperaturänderungen mit Energiespeichertechnologien kombiniert werden. In allen Fällen trägt die Entwicklung zur Steigerung der Energieeffizienz und damit zur Schonung von Ressourcen bei.

Die folgenden Innovationen zeichnen das Materialverbundbauteil aus:

  • Verbundbauteil als Konstruktionselement für Geräte- und Anlagenbau mit schaltbaren Wärmetransporteigenschaften
  • Schaltung der Wärmeleitfähigkeit zwischen leitend/ isolierendSchaltung der Wärmekapazität zwischen leicht/ schwer

Die Prinzipskizzen verdeutlichen die Funktionen des zu entwickelnden Verbundbauteils und zeigen erste ausgewählte Lösungsansätze, welche im Rahmen des Forschungsvorhabens untersucht werden:

Die Ergebnisse der Versuche zeigt das Bild 3. Hier ist der erreichte Schaltbereich verschiedener Ausführungen zwischen dem Zustand "wärmedämmend" und "wärmeleitend" aufgetragen. Als Referenz dienen zwei Bauteile, die nach dem Stand der Technik für die beiden Zustände eingesetzt wurden.


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