Latentwärmespeicher

Einbindung in ein Schema

Beachten Sie die Besonderheiten thermischer Speicher.

Funktionsweise

Der Latentwärmespeicher speichert die Wärme in einem Phasenwechselmedium. Dieses Phasenwechselmaterial (PCM) ist im heißen Zustand flüssig und im kälteren Zustand fest. Die Lade- und Entladeleistung wird (im Unterschied zu den anderen Speichern) nicht durch die Vorgabe einer maximalen Leistung beschränkt, sondern die maximalen Leistungen ergeben sich aus den Stoffdaten und Temperaturbedingungen oder wahlweise durch die Vorgabe einer Kennlinie. Dazu wird intern zwischen drei Phasenzuständen unterschieden: fest, zweiphasig und flüssig. Hauptsächlich findet das Wärmeübertragungsgesetz \( \begin{equation} \begin{aligned} Q_{max} &= k \cdot A \cdot \Delta T \end{aligned}\end{equation}\) Anwendung, wobei \(k\) für die Phasenzustände differiert. Die Temperaturdifferenz \(\Delta T\) wird aus der Speichertemperatur und der Geschätzten Eintrittstemperatur von Be- bzw. Entladung berechnet.

Technische Eingabedaten

Als Auslegungsgrößen geben Sie die Masse des Speichermediums sowie die Minimale und Maximale Speichertemperatur vor.

Unter Betriebsverhalten legen Sie den Anfangsfüllstand sowie den Minimalen und Maximalen Speicherfüllstand fest. Der Latentwärmespeicher kann als saisonaler Speicher optimiert werden.

Die Verluste definieren Sie als Relative Verluste sowie durch den Belade- und Entladewirkungsgrad.

Spezifizieren Sie das Phasenwechselmedium (PCM-Material) durch folgende Stoffwerte.

Die Charakteristik des Wärmeübergangs können Sie mit einer der drei folgenden Methoden, die Sie aus der Drop-down-Liste wählen, vorgeben.

Nach Ihrer Wahl passt sich das Formular an.

Wärmedurchgang

Haben Sie Berechnung über Wärmedurchgang gewählt, wird der Wärmedurchgang physikalisch berechnet. Dazu sind die folgenden zusätzlichen Angaben zum Phasenwechselmaterial notwendig. Die Eingabefelder werden unter der Überschrift PCM-Material zusätzlich eingeblendet.

Für die Berechnung über Wärmedurchgang geben Sie die Anzahl der Rohre, Rohrlänge, den Äußeren und Inneren Rohrdurchmesser an und wählen Sie aus der Drop-down-Liste, ob der Speicher vertikal oder horizontal angeordnet ist.

Unter Beschreibung Ladecharakteristik → Verbesserung des Wärmedurchgangs wählen Sie aus der Drop-down-Liste eine der vier folgenden Möglichkeiten.

Für Rippen geben Sie die Anzahl, Länge, Dicke, Wärmeleitfähigkeit und den Abstand an.

Für Zusatzstoffe geben Sie die Wärmeleitfähigkeit in W/m K und den Volumenanteil der Zusatzstoffe in % an.

Für Rippen und Zusatzstoffe geben Sie die Faktoren für die Verstärkung der Leistung durch Rippen (K_S steht für den Wärmedurchgangskoeeffizienten für feste (solid) Stoffe \(k_{s}\)) und die Verstärkung der Wärmeleitfähigkeit durch Zusatzstoffe (K_L steht für den Wärmedurchgangskoeeffizienten für flüssige (liquid) Stoffe \(k_{l}\)) an.

Geben Sie die Stoffdaten des Wärmeträgermediums an:

Kennlinie

Zur Charakterisierung des Wärmeübergangs können Sie die Kennlinie mit absoluten Werten der Maximalen Be- und Entladeleistung (in kW) im Verhältnis zum Ladezustand (in %) vorgeben.

Übergangskoeffizienten

Wollen Sie die Übergangskoeffizienten eingeben, sind dafür neben der Rohrlänge und Anzahl der Rohre folgende drei Übergangskoeffizienten in W/m K vorzugeben. Diese müssen die Wirkung von Rippen und Zusatzstoffen, sofern verwendet, berücksichtigen.

Temperaturen

Die geschätzten Eingabewerte Geschätzte Eintrittstemperatur Beladung und Geschätzte Eintrittstemperatur Entladung müssen Sie eingeben, wenn Sie Berechnung über Wärmedurchgang oder Übergangskoeffizienten eingeben gewählt haben.

Geben Sie für die Austrittstemperaturen (bei der Stoffeigenschaft Wärme/Kälte Temperaturabhängig) physikalisch sinnvolle Werte vor.

Technische Ausgabedaten

Die Technischen Ausgabedaten umfassen die Speicherkapazität, folgende Angaben zum Betriebsverhalten:

und bei der Stoffeigenschaft Wärme/Kälte: Temperaturabhängig folgende Informationen zum Wärmeträger jeweils beim Laden und beim Entladen:

Bei Berechnung über Wärmedurchgang werden die Wärmedurchgangskoeffizienten ausgegeben:

Zusätzlich werden die folgenden Informationen ausgegeben:

Das Ladeverhalten je nach Phasenzustand, der Ladezustand während eines Lade- und Entladevorgangs, ist in der folgenden Abbildung, die den Verlauf der Speichertemperatur, des Phasenanteils und des Füllstands des Speichers zeigt, erkennbar. Zu Beginn, zwischen 4 und 8 Uhr, bleibt die Speichertemperatur (rot) annähernd konstant, aber der Phasenanteil der flüssigen Phase (blau) steigt. Anschließend, zwischen 8 und 12 Uhr, ist die ganze Phase flüssig, und der Speicher wird weiter überhitzt.

Energiebilanz

Die Energiebilanz enthält folgende Angaben jeweils für die Wärmeerzeugung und den Wärmeverbrauch: