Projekt Energie

Ausbildungsversuchsstand Nr. 2

An diesem Versuchsstand wird die Speicherung von Wärmeenergie unter Verwendung der Phasenwechselmaterialien (PCM – Phase Change Materials) präsentiert. Der Hauptvorteil dieser Methode ist das große Wärmevolumen des Phasenübergangs, das zu einer bedeutenden Reduzierung der Dimensionierung des Wärmespeichers führt. Der zweite Vorteil dieser Methode ist die stabile Temperatur des Phasenübergangs und eine gute Kontrolle des Übergangsprozesses. Die zugänglichen PCM sind meistens schlechte Wärmeleiter, deshalb ist der zwischen einem PCM und der Umgebung fließende Wärmestrom gering. Dies kann durch die entsprechende Wahl der Formen und Maße der PCM sowie der Art und Weise der Wärmeaufnahme bzw. –lieferung zum PCM gelöst werden. An diesem Versuchsstand (Abb. 1, Abb. 4-10) erfolgt die Untersuchung des Wärmeflusses zwischen den PCM und der Umgebung.

Abb. 1: Schema des Versuchsstands zur Untersuchung der Erstarrung von PCM

Das Ziel der Untersuchung ist die Bestimmung des zeitabhängigen Wachstums der erstarrten Schicht und des damit verbundenen Wärmeflusses. Auf einer kalten (flachen oder zylindrischen) Fläche vollzieht sich der Erstarrungsprozess des PCM mit der Dichte ρs und der Kristallisationswärme L. Für die Dicke der erstarrten Schicht und die Geschwindigkeit der Erstarrung stehen δ und dδ/dt. Die bei der Erstarrung entstehende Wärme des Phasenübergangs beträgt q=ρsLdδ/dt und geht an das die andere Seite der Wand kühlende Glykol. Der Versuchsstand ermöglicht die Beobachtung und Registrierung der Dicke der erstarrten Schicht mittels einer Videokamera oder eines Fotoapparates. Auf den Abbildungen 2 und 3 wurde ein theoretisches Modell der Erstarrung des flüssigen PCM und die sich aus diesem Modell ergebende Entstehung der erstarrten Schicht dargestellt. Die Abbildung 2 zeigt die Dicke der erstarrten Schicht δ, die Erstarrungstemperatur TF, der Verlauf der Temperatur T und die Richtung des Wärmestroms q zum festgelegten Zeitpunkt t.

Abb. 2: Modell der Erstarrung eines PCM
Abb. 3: Entstehung der erstarrten Schicht eines PCM
Abb. 4: Ausbildungsversuchsstand Nr. 2 in Nowy Kisielin
Abb. 5: Ausbildungsversuchsstand Nr. 2 in Nowy Kisielin – zylindrische Anordnung
Abb. 6: Ausbildungsversuchsstand Nr. 2 in Nowy Kisielin – zylindrische Anordnung mit Zylindern in hexagonaler Konfiguration
Abb. 7: Ausbildungsversuchsstand Nr. 2 in Nowy Kisielin – zylindrische Anordnung mit Zylindern in hexagonaler Konfiguration (Ansicht von oben)
Abb. 8: Ausbildungsversuchsstand Nr. 2 in Nowy Kisielin – flache Anordnung
Abb. 9: Ausbildungsversuchsstand Nr. 2 in Nowy Kisielin
Abb. 10: Ausbildungsversuchsstand Nr. 2 in Nowy Kisielin
 

Ansprechpartner:

Herr Prof. Dr. habil. Ing. Zygmunt Lipnicki
wissenschaftlicher Projektmitarbeiter
Uniwersytet Zielonogórski
Telefon: 0048/ 502 112 917
E-Mail: Z.Lipnicki@iis.uz.zgora.pl

Herr Ing. Piotr Grabas
technischer Projektmitarbeiter
Uniwersytet Zielonogórski
Telefon: 0048/ 606 436 675
E-Mail: P.Grabas@adm.uz.zgora.pl