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Daniela Dommel 12022016Folie 1copy Fraunhofer UMSICHT
EINSATZ VON PHASENWECHSELMATERIALIEN IM
HOCHTEMPERATURBEREICH
Daniela Dommel Sandra Arroyave Andreas Krieger Lars KomogowskiClemens Schmetterer Patrick Masset
Daniela Dommel 12022016Folie 2copy Fraunhofer UMSICHT
AGENDA
1 Einfuumlhrung
2 Uumlberblick in das Gebiet der PCM
3 Entwicklung eines PCM-Tools
n Datenbank
n Kosten-Nutzen-Analyse
n PCM-Tool
4 Anwendungsbezogenes Konzeptbeispiel fuumlr den Einsatz von PCM
5 Zusammenfassung und Ausblick
Daniela Dommel 12022016Folie 3copy Fraunhofer UMSICHT
EINFUumlHRUNG
n Energiewende hat sich zum Ziel gesetzt den Anteil an Erneuerbaren Energien zu erhoumlhen
n Der Sektor Waumlrme besitzt den houmlchsten Anteil am Endenergieverbrauch
n Erneuerbare Energien unterliegen meteorologischen Faktoren
n Industrielle Prozesse besitzen unterschiedliche Ab-Waumlrmepotentiale bei verschiedenen Temperaturbereichen
Beschluss des Welt-Klima-Vertrages in der UN-Klimakonferenz von Paris 2015 mit 195 Staaten und der EU
bull 15-Grad-Zielbull Vermeidung von Treibhausgasemissionenbull Bilanzieren des CO2-Cycle bull Startdatum 2020 nach Ablauf des Kyoto-Protokolls
[1]
Daniela Dommel 12022016Folie 4copy Fraunhofer UMSICHT
EINFUumlHRUNG
[15]
0 20 40 60 80 100
Erzeugung von RoheisenGlas amp Keramik Steine Erden
Verlags- DruckgewerbeGummi amp Kunststoff
PapiergewerbeHerstellung von Metallerzeugnissen
Chemische IndustrieMaschinenbau Fahrzeuge Sonstige
Ernaumlhrung amp TabakLeder Textil amp Bekleidung
Industrieller Anteil am Waumlrmebedarf
Raumwaumlrme Brauchwasser Bis 100degCBis 100-500degC Bis 500-1000degC Uumlber 1000degC
Daniela Dommel 12022016Folie 5copy Fraunhofer UMSICHT
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM - MOTIVATION
Speicherung von Energie in Form von Waumlrme
Phasenwechselmaterial
Stabilisierung des Prozesses und der Betriebstemperatur
Speicherung von latenter Waumlrme durch den Phasenwechsel
Anwendungin physikalischenchemischen Prozessen
SubstanzenEigenschaften
Daniela Dommel 12022016Folie 6copy Fraunhofer UMSICHT
bull Materialien die Energie in Form von latenter Waumlrme speichern und freisetzen koumlnnen
bull Keine Temperaturaumlnderung waumlhrend des Phasenwechselsbull Groszlige Energiemengen koumlnnen gespeichertfreigesetzt werdenbull Breites Anwendungsgebiet
bull Baumaterialienbull Funktionsmaterial zum Hitze- und Kaumllteschutzbull Waumlrmespeicher
bull PCM-Materialklassen koumlnnen in Salze Paraffine Fettsaumluren Zuckeralkohole Salzhydrate Metalle und eutektische Mischungen eingeteilt
bull Fuumlr den Einsatz als PCM wird oft eine spezielle Verkapselung benoumltigt
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM
[456789]
Daniela Dommel 12022016Folie 7copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
thermo-physikalische Eigenschaften
technische Eigenschaften
Gefahrstoff-informationen
Kosten
Literatur-untersuchung
uuml Schmelzpunktuuml Schmelzenthalpieuuml Waumlrmeleitfaumlhigkeit
uuml Unterkuumlhlunguuml Phasentrennunguuml Volumenausdehnung
uuml Gefahrpotentialuuml WGK
uuml Verfuumlgbarkeituuml Preisuuml KostenQualitaumlt
Daniela Dommel 12022016Folie 8copy Fraunhofer UMSICHT
bull Nutzwert-Analysebull Unterstuumltzt bei der Entscheidungsfindung
bull Basiert auf dem Vergleich von verschiedenen Alternativen
bull Alternativen werden mit den Kriterien und Teilergebnissen gewichtet zur Gesamt-Endbewertung in Punkte uumlbertragen
bull Durch Multiplikation eines Bewertungsfaktors eines bestimmten Teilkriteriums eines PCMs wird die Gewichtung der Unterkriterien berechnet
bull Ermittlung der optimalen PCM durch Erstellung einer Rangliste auf Grundlage der Wertung
[10 11 12]
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
Gesamtbestand der Materialien 345Nicht Metalle 311Vom PCM-Tool ausgewaumlhlt 108
Uumlbersicht der Materialien in der Datenbank
Daniela Dommel 12022016Folie 9copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 120-250
1 POLYWAXtrade 2000 polyethylene 6401 120 2212 POLYWAXtrade 3000 polyethylene 6276 124 2363 High density polyethylene (HDPE) 5980 123 2024 C5H12O4 5863 208 2955 Licocene PE 4201 P 5490 128 240
Range 250-4501 KNO3 5926 335 942 NaNO3 5426 307 1763 KCl+MgCl2 (wt 6139) 5323 435 3514 NaOH+NaNO3 (mol 815185) 5147 257 2925 MgCl2+NaCl+KCl (wt 6322314) 5139 385 461
Range 450-6501 Li2CO3+ Na2CO3 (wt 4456) 5483 496 3692 CaCl2+KCl+NaCl (wt 66529) 5470 504 2793 NaCl+CaCl2 (wt 3367) 5387 500 281
Daniela Dommel 12022016Folie 10copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
Daniela Dommel 12022016Folie 11copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
Daniela Dommel 12022016Folie 12copy Fraunhofer UMSICHT
Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
Daniela Dommel 12022016Folie 21copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
Daniela Dommel 12022016Folie 22copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
Daniela Dommel 12022016Folie 23copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
Daniela Dommel 12022016Folie 24copy Fraunhofer UMSICHT
DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
Daniela Dommel 12022016Folie 25copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 2copy Fraunhofer UMSICHT
AGENDA
1 Einfuumlhrung
2 Uumlberblick in das Gebiet der PCM
3 Entwicklung eines PCM-Tools
n Datenbank
n Kosten-Nutzen-Analyse
n PCM-Tool
4 Anwendungsbezogenes Konzeptbeispiel fuumlr den Einsatz von PCM
5 Zusammenfassung und Ausblick
Daniela Dommel 12022016Folie 3copy Fraunhofer UMSICHT
EINFUumlHRUNG
n Energiewende hat sich zum Ziel gesetzt den Anteil an Erneuerbaren Energien zu erhoumlhen
n Der Sektor Waumlrme besitzt den houmlchsten Anteil am Endenergieverbrauch
n Erneuerbare Energien unterliegen meteorologischen Faktoren
n Industrielle Prozesse besitzen unterschiedliche Ab-Waumlrmepotentiale bei verschiedenen Temperaturbereichen
Beschluss des Welt-Klima-Vertrages in der UN-Klimakonferenz von Paris 2015 mit 195 Staaten und der EU
bull 15-Grad-Zielbull Vermeidung von Treibhausgasemissionenbull Bilanzieren des CO2-Cycle bull Startdatum 2020 nach Ablauf des Kyoto-Protokolls
[1]
Daniela Dommel 12022016Folie 4copy Fraunhofer UMSICHT
EINFUumlHRUNG
[15]
0 20 40 60 80 100
Erzeugung von RoheisenGlas amp Keramik Steine Erden
Verlags- DruckgewerbeGummi amp Kunststoff
PapiergewerbeHerstellung von Metallerzeugnissen
Chemische IndustrieMaschinenbau Fahrzeuge Sonstige
Ernaumlhrung amp TabakLeder Textil amp Bekleidung
Industrieller Anteil am Waumlrmebedarf
Raumwaumlrme Brauchwasser Bis 100degCBis 100-500degC Bis 500-1000degC Uumlber 1000degC
Daniela Dommel 12022016Folie 5copy Fraunhofer UMSICHT
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM - MOTIVATION
Speicherung von Energie in Form von Waumlrme
Phasenwechselmaterial
Stabilisierung des Prozesses und der Betriebstemperatur
Speicherung von latenter Waumlrme durch den Phasenwechsel
Anwendungin physikalischenchemischen Prozessen
SubstanzenEigenschaften
Daniela Dommel 12022016Folie 6copy Fraunhofer UMSICHT
bull Materialien die Energie in Form von latenter Waumlrme speichern und freisetzen koumlnnen
bull Keine Temperaturaumlnderung waumlhrend des Phasenwechselsbull Groszlige Energiemengen koumlnnen gespeichertfreigesetzt werdenbull Breites Anwendungsgebiet
bull Baumaterialienbull Funktionsmaterial zum Hitze- und Kaumllteschutzbull Waumlrmespeicher
bull PCM-Materialklassen koumlnnen in Salze Paraffine Fettsaumluren Zuckeralkohole Salzhydrate Metalle und eutektische Mischungen eingeteilt
bull Fuumlr den Einsatz als PCM wird oft eine spezielle Verkapselung benoumltigt
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM
[456789]
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ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
thermo-physikalische Eigenschaften
technische Eigenschaften
Gefahrstoff-informationen
Kosten
Literatur-untersuchung
uuml Schmelzpunktuuml Schmelzenthalpieuuml Waumlrmeleitfaumlhigkeit
uuml Unterkuumlhlunguuml Phasentrennunguuml Volumenausdehnung
uuml Gefahrpotentialuuml WGK
uuml Verfuumlgbarkeituuml Preisuuml KostenQualitaumlt
Daniela Dommel 12022016Folie 8copy Fraunhofer UMSICHT
bull Nutzwert-Analysebull Unterstuumltzt bei der Entscheidungsfindung
bull Basiert auf dem Vergleich von verschiedenen Alternativen
bull Alternativen werden mit den Kriterien und Teilergebnissen gewichtet zur Gesamt-Endbewertung in Punkte uumlbertragen
bull Durch Multiplikation eines Bewertungsfaktors eines bestimmten Teilkriteriums eines PCMs wird die Gewichtung der Unterkriterien berechnet
bull Ermittlung der optimalen PCM durch Erstellung einer Rangliste auf Grundlage der Wertung
[10 11 12]
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
Gesamtbestand der Materialien 345Nicht Metalle 311Vom PCM-Tool ausgewaumlhlt 108
Uumlbersicht der Materialien in der Datenbank
Daniela Dommel 12022016Folie 9copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 120-250
1 POLYWAXtrade 2000 polyethylene 6401 120 2212 POLYWAXtrade 3000 polyethylene 6276 124 2363 High density polyethylene (HDPE) 5980 123 2024 C5H12O4 5863 208 2955 Licocene PE 4201 P 5490 128 240
Range 250-4501 KNO3 5926 335 942 NaNO3 5426 307 1763 KCl+MgCl2 (wt 6139) 5323 435 3514 NaOH+NaNO3 (mol 815185) 5147 257 2925 MgCl2+NaCl+KCl (wt 6322314) 5139 385 461
Range 450-6501 Li2CO3+ Na2CO3 (wt 4456) 5483 496 3692 CaCl2+KCl+NaCl (wt 66529) 5470 504 2793 NaCl+CaCl2 (wt 3367) 5387 500 281
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ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
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ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
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Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
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FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 3copy Fraunhofer UMSICHT
EINFUumlHRUNG
n Energiewende hat sich zum Ziel gesetzt den Anteil an Erneuerbaren Energien zu erhoumlhen
n Der Sektor Waumlrme besitzt den houmlchsten Anteil am Endenergieverbrauch
n Erneuerbare Energien unterliegen meteorologischen Faktoren
n Industrielle Prozesse besitzen unterschiedliche Ab-Waumlrmepotentiale bei verschiedenen Temperaturbereichen
Beschluss des Welt-Klima-Vertrages in der UN-Klimakonferenz von Paris 2015 mit 195 Staaten und der EU
bull 15-Grad-Zielbull Vermeidung von Treibhausgasemissionenbull Bilanzieren des CO2-Cycle bull Startdatum 2020 nach Ablauf des Kyoto-Protokolls
[1]
Daniela Dommel 12022016Folie 4copy Fraunhofer UMSICHT
EINFUumlHRUNG
[15]
0 20 40 60 80 100
Erzeugung von RoheisenGlas amp Keramik Steine Erden
Verlags- DruckgewerbeGummi amp Kunststoff
PapiergewerbeHerstellung von Metallerzeugnissen
Chemische IndustrieMaschinenbau Fahrzeuge Sonstige
Ernaumlhrung amp TabakLeder Textil amp Bekleidung
Industrieller Anteil am Waumlrmebedarf
Raumwaumlrme Brauchwasser Bis 100degCBis 100-500degC Bis 500-1000degC Uumlber 1000degC
Daniela Dommel 12022016Folie 5copy Fraunhofer UMSICHT
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM - MOTIVATION
Speicherung von Energie in Form von Waumlrme
Phasenwechselmaterial
Stabilisierung des Prozesses und der Betriebstemperatur
Speicherung von latenter Waumlrme durch den Phasenwechsel
Anwendungin physikalischenchemischen Prozessen
SubstanzenEigenschaften
Daniela Dommel 12022016Folie 6copy Fraunhofer UMSICHT
bull Materialien die Energie in Form von latenter Waumlrme speichern und freisetzen koumlnnen
bull Keine Temperaturaumlnderung waumlhrend des Phasenwechselsbull Groszlige Energiemengen koumlnnen gespeichertfreigesetzt werdenbull Breites Anwendungsgebiet
bull Baumaterialienbull Funktionsmaterial zum Hitze- und Kaumllteschutzbull Waumlrmespeicher
bull PCM-Materialklassen koumlnnen in Salze Paraffine Fettsaumluren Zuckeralkohole Salzhydrate Metalle und eutektische Mischungen eingeteilt
bull Fuumlr den Einsatz als PCM wird oft eine spezielle Verkapselung benoumltigt
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM
[456789]
Daniela Dommel 12022016Folie 7copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
thermo-physikalische Eigenschaften
technische Eigenschaften
Gefahrstoff-informationen
Kosten
Literatur-untersuchung
uuml Schmelzpunktuuml Schmelzenthalpieuuml Waumlrmeleitfaumlhigkeit
uuml Unterkuumlhlunguuml Phasentrennunguuml Volumenausdehnung
uuml Gefahrpotentialuuml WGK
uuml Verfuumlgbarkeituuml Preisuuml KostenQualitaumlt
Daniela Dommel 12022016Folie 8copy Fraunhofer UMSICHT
bull Nutzwert-Analysebull Unterstuumltzt bei der Entscheidungsfindung
bull Basiert auf dem Vergleich von verschiedenen Alternativen
bull Alternativen werden mit den Kriterien und Teilergebnissen gewichtet zur Gesamt-Endbewertung in Punkte uumlbertragen
bull Durch Multiplikation eines Bewertungsfaktors eines bestimmten Teilkriteriums eines PCMs wird die Gewichtung der Unterkriterien berechnet
bull Ermittlung der optimalen PCM durch Erstellung einer Rangliste auf Grundlage der Wertung
[10 11 12]
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
Gesamtbestand der Materialien 345Nicht Metalle 311Vom PCM-Tool ausgewaumlhlt 108
Uumlbersicht der Materialien in der Datenbank
Daniela Dommel 12022016Folie 9copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 120-250
1 POLYWAXtrade 2000 polyethylene 6401 120 2212 POLYWAXtrade 3000 polyethylene 6276 124 2363 High density polyethylene (HDPE) 5980 123 2024 C5H12O4 5863 208 2955 Licocene PE 4201 P 5490 128 240
Range 250-4501 KNO3 5926 335 942 NaNO3 5426 307 1763 KCl+MgCl2 (wt 6139) 5323 435 3514 NaOH+NaNO3 (mol 815185) 5147 257 2925 MgCl2+NaCl+KCl (wt 6322314) 5139 385 461
Range 450-6501 Li2CO3+ Na2CO3 (wt 4456) 5483 496 3692 CaCl2+KCl+NaCl (wt 66529) 5470 504 2793 NaCl+CaCl2 (wt 3367) 5387 500 281
Daniela Dommel 12022016Folie 10copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
Daniela Dommel 12022016Folie 11copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
Daniela Dommel 12022016Folie 12copy Fraunhofer UMSICHT
Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
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ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
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FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
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Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
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[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
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EINFUumlHRUNG
[15]
0 20 40 60 80 100
Erzeugung von RoheisenGlas amp Keramik Steine Erden
Verlags- DruckgewerbeGummi amp Kunststoff
PapiergewerbeHerstellung von Metallerzeugnissen
Chemische IndustrieMaschinenbau Fahrzeuge Sonstige
Ernaumlhrung amp TabakLeder Textil amp Bekleidung
Industrieller Anteil am Waumlrmebedarf
Raumwaumlrme Brauchwasser Bis 100degCBis 100-500degC Bis 500-1000degC Uumlber 1000degC
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EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM - MOTIVATION
Speicherung von Energie in Form von Waumlrme
Phasenwechselmaterial
Stabilisierung des Prozesses und der Betriebstemperatur
Speicherung von latenter Waumlrme durch den Phasenwechsel
Anwendungin physikalischenchemischen Prozessen
SubstanzenEigenschaften
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bull Materialien die Energie in Form von latenter Waumlrme speichern und freisetzen koumlnnen
bull Keine Temperaturaumlnderung waumlhrend des Phasenwechselsbull Groszlige Energiemengen koumlnnen gespeichertfreigesetzt werdenbull Breites Anwendungsgebiet
bull Baumaterialienbull Funktionsmaterial zum Hitze- und Kaumllteschutzbull Waumlrmespeicher
bull PCM-Materialklassen koumlnnen in Salze Paraffine Fettsaumluren Zuckeralkohole Salzhydrate Metalle und eutektische Mischungen eingeteilt
bull Fuumlr den Einsatz als PCM wird oft eine spezielle Verkapselung benoumltigt
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM
[456789]
Daniela Dommel 12022016Folie 7copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
thermo-physikalische Eigenschaften
technische Eigenschaften
Gefahrstoff-informationen
Kosten
Literatur-untersuchung
uuml Schmelzpunktuuml Schmelzenthalpieuuml Waumlrmeleitfaumlhigkeit
uuml Unterkuumlhlunguuml Phasentrennunguuml Volumenausdehnung
uuml Gefahrpotentialuuml WGK
uuml Verfuumlgbarkeituuml Preisuuml KostenQualitaumlt
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bull Nutzwert-Analysebull Unterstuumltzt bei der Entscheidungsfindung
bull Basiert auf dem Vergleich von verschiedenen Alternativen
bull Alternativen werden mit den Kriterien und Teilergebnissen gewichtet zur Gesamt-Endbewertung in Punkte uumlbertragen
bull Durch Multiplikation eines Bewertungsfaktors eines bestimmten Teilkriteriums eines PCMs wird die Gewichtung der Unterkriterien berechnet
bull Ermittlung der optimalen PCM durch Erstellung einer Rangliste auf Grundlage der Wertung
[10 11 12]
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Gesamtbestand der Materialien 345Nicht Metalle 311Vom PCM-Tool ausgewaumlhlt 108
Uumlbersicht der Materialien in der Datenbank
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ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 120-250
1 POLYWAXtrade 2000 polyethylene 6401 120 2212 POLYWAXtrade 3000 polyethylene 6276 124 2363 High density polyethylene (HDPE) 5980 123 2024 C5H12O4 5863 208 2955 Licocene PE 4201 P 5490 128 240
Range 250-4501 KNO3 5926 335 942 NaNO3 5426 307 1763 KCl+MgCl2 (wt 6139) 5323 435 3514 NaOH+NaNO3 (mol 815185) 5147 257 2925 MgCl2+NaCl+KCl (wt 6322314) 5139 385 461
Range 450-6501 Li2CO3+ Na2CO3 (wt 4456) 5483 496 3692 CaCl2+KCl+NaCl (wt 66529) 5470 504 2793 NaCl+CaCl2 (wt 3367) 5387 500 281
Daniela Dommel 12022016Folie 10copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
Daniela Dommel 12022016Folie 11copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
Daniela Dommel 12022016Folie 12copy Fraunhofer UMSICHT
Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
Daniela Dommel 12022016Folie 22copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
Daniela Dommel 12022016Folie 23copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
Daniela Dommel 12022016Folie 24copy Fraunhofer UMSICHT
DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
Daniela Dommel 12022016Folie 25copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 5copy Fraunhofer UMSICHT
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM - MOTIVATION
Speicherung von Energie in Form von Waumlrme
Phasenwechselmaterial
Stabilisierung des Prozesses und der Betriebstemperatur
Speicherung von latenter Waumlrme durch den Phasenwechsel
Anwendungin physikalischenchemischen Prozessen
SubstanzenEigenschaften
Daniela Dommel 12022016Folie 6copy Fraunhofer UMSICHT
bull Materialien die Energie in Form von latenter Waumlrme speichern und freisetzen koumlnnen
bull Keine Temperaturaumlnderung waumlhrend des Phasenwechselsbull Groszlige Energiemengen koumlnnen gespeichertfreigesetzt werdenbull Breites Anwendungsgebiet
bull Baumaterialienbull Funktionsmaterial zum Hitze- und Kaumllteschutzbull Waumlrmespeicher
bull PCM-Materialklassen koumlnnen in Salze Paraffine Fettsaumluren Zuckeralkohole Salzhydrate Metalle und eutektische Mischungen eingeteilt
bull Fuumlr den Einsatz als PCM wird oft eine spezielle Verkapselung benoumltigt
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM
[456789]
Daniela Dommel 12022016Folie 7copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
thermo-physikalische Eigenschaften
technische Eigenschaften
Gefahrstoff-informationen
Kosten
Literatur-untersuchung
uuml Schmelzpunktuuml Schmelzenthalpieuuml Waumlrmeleitfaumlhigkeit
uuml Unterkuumlhlunguuml Phasentrennunguuml Volumenausdehnung
uuml Gefahrpotentialuuml WGK
uuml Verfuumlgbarkeituuml Preisuuml KostenQualitaumlt
Daniela Dommel 12022016Folie 8copy Fraunhofer UMSICHT
bull Nutzwert-Analysebull Unterstuumltzt bei der Entscheidungsfindung
bull Basiert auf dem Vergleich von verschiedenen Alternativen
bull Alternativen werden mit den Kriterien und Teilergebnissen gewichtet zur Gesamt-Endbewertung in Punkte uumlbertragen
bull Durch Multiplikation eines Bewertungsfaktors eines bestimmten Teilkriteriums eines PCMs wird die Gewichtung der Unterkriterien berechnet
bull Ermittlung der optimalen PCM durch Erstellung einer Rangliste auf Grundlage der Wertung
[10 11 12]
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
Gesamtbestand der Materialien 345Nicht Metalle 311Vom PCM-Tool ausgewaumlhlt 108
Uumlbersicht der Materialien in der Datenbank
Daniela Dommel 12022016Folie 9copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 120-250
1 POLYWAXtrade 2000 polyethylene 6401 120 2212 POLYWAXtrade 3000 polyethylene 6276 124 2363 High density polyethylene (HDPE) 5980 123 2024 C5H12O4 5863 208 2955 Licocene PE 4201 P 5490 128 240
Range 250-4501 KNO3 5926 335 942 NaNO3 5426 307 1763 KCl+MgCl2 (wt 6139) 5323 435 3514 NaOH+NaNO3 (mol 815185) 5147 257 2925 MgCl2+NaCl+KCl (wt 6322314) 5139 385 461
Range 450-6501 Li2CO3+ Na2CO3 (wt 4456) 5483 496 3692 CaCl2+KCl+NaCl (wt 66529) 5470 504 2793 NaCl+CaCl2 (wt 3367) 5387 500 281
Daniela Dommel 12022016Folie 10copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
Daniela Dommel 12022016Folie 11copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
Daniela Dommel 12022016Folie 12copy Fraunhofer UMSICHT
Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
Daniela Dommel 12022016Folie 21copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
Daniela Dommel 12022016Folie 22copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
Daniela Dommel 12022016Folie 23copy Fraunhofer UMSICHT
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
Daniela Dommel 12022016Folie 24copy Fraunhofer UMSICHT
DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 6copy Fraunhofer UMSICHT
bull Materialien die Energie in Form von latenter Waumlrme speichern und freisetzen koumlnnen
bull Keine Temperaturaumlnderung waumlhrend des Phasenwechselsbull Groszlige Energiemengen koumlnnen gespeichertfreigesetzt werdenbull Breites Anwendungsgebiet
bull Baumaterialienbull Funktionsmaterial zum Hitze- und Kaumllteschutzbull Waumlrmespeicher
bull PCM-Materialklassen koumlnnen in Salze Paraffine Fettsaumluren Zuckeralkohole Salzhydrate Metalle und eutektische Mischungen eingeteilt
bull Fuumlr den Einsatz als PCM wird oft eine spezielle Verkapselung benoumltigt
EINBLICK IN DAS GEBIET DER PCM
[456789]
Daniela Dommel 12022016Folie 7copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
thermo-physikalische Eigenschaften
technische Eigenschaften
Gefahrstoff-informationen
Kosten
Literatur-untersuchung
uuml Schmelzpunktuuml Schmelzenthalpieuuml Waumlrmeleitfaumlhigkeit
uuml Unterkuumlhlunguuml Phasentrennunguuml Volumenausdehnung
uuml Gefahrpotentialuuml WGK
uuml Verfuumlgbarkeituuml Preisuuml KostenQualitaumlt
Daniela Dommel 12022016Folie 8copy Fraunhofer UMSICHT
bull Nutzwert-Analysebull Unterstuumltzt bei der Entscheidungsfindung
bull Basiert auf dem Vergleich von verschiedenen Alternativen
bull Alternativen werden mit den Kriterien und Teilergebnissen gewichtet zur Gesamt-Endbewertung in Punkte uumlbertragen
bull Durch Multiplikation eines Bewertungsfaktors eines bestimmten Teilkriteriums eines PCMs wird die Gewichtung der Unterkriterien berechnet
bull Ermittlung der optimalen PCM durch Erstellung einer Rangliste auf Grundlage der Wertung
[10 11 12]
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
Gesamtbestand der Materialien 345Nicht Metalle 311Vom PCM-Tool ausgewaumlhlt 108
Uumlbersicht der Materialien in der Datenbank
Daniela Dommel 12022016Folie 9copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 120-250
1 POLYWAXtrade 2000 polyethylene 6401 120 2212 POLYWAXtrade 3000 polyethylene 6276 124 2363 High density polyethylene (HDPE) 5980 123 2024 C5H12O4 5863 208 2955 Licocene PE 4201 P 5490 128 240
Range 250-4501 KNO3 5926 335 942 NaNO3 5426 307 1763 KCl+MgCl2 (wt 6139) 5323 435 3514 NaOH+NaNO3 (mol 815185) 5147 257 2925 MgCl2+NaCl+KCl (wt 6322314) 5139 385 461
Range 450-6501 Li2CO3+ Na2CO3 (wt 4456) 5483 496 3692 CaCl2+KCl+NaCl (wt 66529) 5470 504 2793 NaCl+CaCl2 (wt 3367) 5387 500 281
Daniela Dommel 12022016Folie 10copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
Daniela Dommel 12022016Folie 11copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
Daniela Dommel 12022016Folie 12copy Fraunhofer UMSICHT
Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
Daniela Dommel 12022016Folie 21copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
Daniela Dommel 12022016Folie 22copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
Daniela Dommel 12022016Folie 23copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
Daniela Dommel 12022016Folie 24copy Fraunhofer UMSICHT
DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
Daniela Dommel 12022016Folie 25copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 7copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
thermo-physikalische Eigenschaften
technische Eigenschaften
Gefahrstoff-informationen
Kosten
Literatur-untersuchung
uuml Schmelzpunktuuml Schmelzenthalpieuuml Waumlrmeleitfaumlhigkeit
uuml Unterkuumlhlunguuml Phasentrennunguuml Volumenausdehnung
uuml Gefahrpotentialuuml WGK
uuml Verfuumlgbarkeituuml Preisuuml KostenQualitaumlt
Daniela Dommel 12022016Folie 8copy Fraunhofer UMSICHT
bull Nutzwert-Analysebull Unterstuumltzt bei der Entscheidungsfindung
bull Basiert auf dem Vergleich von verschiedenen Alternativen
bull Alternativen werden mit den Kriterien und Teilergebnissen gewichtet zur Gesamt-Endbewertung in Punkte uumlbertragen
bull Durch Multiplikation eines Bewertungsfaktors eines bestimmten Teilkriteriums eines PCMs wird die Gewichtung der Unterkriterien berechnet
bull Ermittlung der optimalen PCM durch Erstellung einer Rangliste auf Grundlage der Wertung
[10 11 12]
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
Gesamtbestand der Materialien 345Nicht Metalle 311Vom PCM-Tool ausgewaumlhlt 108
Uumlbersicht der Materialien in der Datenbank
Daniela Dommel 12022016Folie 9copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 120-250
1 POLYWAXtrade 2000 polyethylene 6401 120 2212 POLYWAXtrade 3000 polyethylene 6276 124 2363 High density polyethylene (HDPE) 5980 123 2024 C5H12O4 5863 208 2955 Licocene PE 4201 P 5490 128 240
Range 250-4501 KNO3 5926 335 942 NaNO3 5426 307 1763 KCl+MgCl2 (wt 6139) 5323 435 3514 NaOH+NaNO3 (mol 815185) 5147 257 2925 MgCl2+NaCl+KCl (wt 6322314) 5139 385 461
Range 450-6501 Li2CO3+ Na2CO3 (wt 4456) 5483 496 3692 CaCl2+KCl+NaCl (wt 66529) 5470 504 2793 NaCl+CaCl2 (wt 3367) 5387 500 281
Daniela Dommel 12022016Folie 10copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
Daniela Dommel 12022016Folie 11copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
Daniela Dommel 12022016Folie 12copy Fraunhofer UMSICHT
Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
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Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
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E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
Daniela Dommel 12022016Folie 22copy Fraunhofer UMSICHT
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[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
Daniela Dommel 12022016Folie 23copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
Daniela Dommel 12022016Folie 24copy Fraunhofer UMSICHT
DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
Daniela Dommel 12022016Folie 25copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 8copy Fraunhofer UMSICHT
bull Nutzwert-Analysebull Unterstuumltzt bei der Entscheidungsfindung
bull Basiert auf dem Vergleich von verschiedenen Alternativen
bull Alternativen werden mit den Kriterien und Teilergebnissen gewichtet zur Gesamt-Endbewertung in Punkte uumlbertragen
bull Durch Multiplikation eines Bewertungsfaktors eines bestimmten Teilkriteriums eines PCMs wird die Gewichtung der Unterkriterien berechnet
bull Ermittlung der optimalen PCM durch Erstellung einer Rangliste auf Grundlage der Wertung
[10 11 12]
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS - DATENBANK
Gesamtbestand der Materialien 345Nicht Metalle 311Vom PCM-Tool ausgewaumlhlt 108
Uumlbersicht der Materialien in der Datenbank
Daniela Dommel 12022016Folie 9copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 120-250
1 POLYWAXtrade 2000 polyethylene 6401 120 2212 POLYWAXtrade 3000 polyethylene 6276 124 2363 High density polyethylene (HDPE) 5980 123 2024 C5H12O4 5863 208 2955 Licocene PE 4201 P 5490 128 240
Range 250-4501 KNO3 5926 335 942 NaNO3 5426 307 1763 KCl+MgCl2 (wt 6139) 5323 435 3514 NaOH+NaNO3 (mol 815185) 5147 257 2925 MgCl2+NaCl+KCl (wt 6322314) 5139 385 461
Range 450-6501 Li2CO3+ Na2CO3 (wt 4456) 5483 496 3692 CaCl2+KCl+NaCl (wt 66529) 5470 504 2793 NaCl+CaCl2 (wt 3367) 5387 500 281
Daniela Dommel 12022016Folie 10copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
Daniela Dommel 12022016Folie 11copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
Daniela Dommel 12022016Folie 12copy Fraunhofer UMSICHT
Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
Daniela Dommel 12022016Folie 21copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
Daniela Dommel 12022016Folie 22copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
Daniela Dommel 12022016Folie 23copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
Daniela Dommel 12022016Folie 24copy Fraunhofer UMSICHT
DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
Daniela Dommel 12022016Folie 25copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 9copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 120-250
1 POLYWAXtrade 2000 polyethylene 6401 120 2212 POLYWAXtrade 3000 polyethylene 6276 124 2363 High density polyethylene (HDPE) 5980 123 2024 C5H12O4 5863 208 2955 Licocene PE 4201 P 5490 128 240
Range 250-4501 KNO3 5926 335 942 NaNO3 5426 307 1763 KCl+MgCl2 (wt 6139) 5323 435 3514 NaOH+NaNO3 (mol 815185) 5147 257 2925 MgCl2+NaCl+KCl (wt 6322314) 5139 385 461
Range 450-6501 Li2CO3+ Na2CO3 (wt 4456) 5483 496 3692 CaCl2+KCl+NaCl (wt 66529) 5470 504 2793 NaCl+CaCl2 (wt 3367) 5387 500 281
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ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
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ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
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Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
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ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
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ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
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Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
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ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
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FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 10copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Position Materialbezeichnung Punkte Tm in degC ΔfusH in
JgRange 450-650
4 NaCl+MgCl2 (wt 4852) 5240 450 4305 Li2CO3+ Na2CO3+ K2CO3 (wt 221662) 5222 565 288
Range 650-8501 NaCl 6003 801 4852 KCl 5574 771 3533 Na2CO3 5513 856 2774 CaCl2 5055 773 2535 KBr 4971 733 215
Daniela Dommel 12022016Folie 11copy Fraunhofer UMSICHT
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
Daniela Dommel 12022016Folie 12copy Fraunhofer UMSICHT
Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
Daniela Dommel 12022016Folie 21copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
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iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
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ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndashVORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES PCM
Uumlberpruumlfung der Verkapselung auf Bestaumlndigkeit
Messungen mittels STA- und DSC-Verfahren
Festlegung der Verkapselung
Festlegung der geeigneten Materialien fuumlr die weitere experimentelle Analyse
Ermittlung der Materialien mit Hilfe des PCM-Tools anhand der Punktbewertung
Einstellung der Temperaturen im PCM-Tool
Festlegung des Temperaturbereiches Ermittlung der Waumlrmepotentiale
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Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
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ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
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ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
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Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
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Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
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teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
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tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
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Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 12copy Fraunhofer UMSICHT
Beladen Entladen
Traumlgerfluumlssigkeit
Energie Energie
ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPTBEISPIEL FUumlR DEN EINSATZ VON PCM
PCM-Kugel
Traumlgerfluumlssigkeit
bull Temperaturbereich von 285 ndash 335 degC bull kontrollierte Steuerung der
Temperaturbedingungen
bull KNO3bull NaNO3bull Eutektikum aus
NaNO3+NaCl+Na2SO4
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ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
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ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
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Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
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ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
Daniela Dommel 12022016Folie 22copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
Daniela Dommel 12022016Folie 23copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
Daniela Dommel 12022016Folie 25copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
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Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 13copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIELndash DSC
bull Heizratentestbull Verlangsamung der Heiz- und
Kuumlhlrate durch Halbierung von einem Zyklus zum naumlchsten
bull Analyse der Unterschiede der Wendepunkttemperatur der Enthalpiepunkte von einer Heiz- und Kuumlhlrampe zur naumlchst langsameren
HeizKuumlhlrate-Test
bull In (1566 degC -286 Jg)bull Sn (2319 degC -605 Jg)bull Bi (2714 degC -531 Jg)bull Zn (4195 degC -1075 Jg)
Kalibrierung
bull 5-10 mg der Probe unter dynamischerN-Atmosphaumlre (20 mlmin) HeizKuumlhlrate bei 1Kmin
Probenmessung
[13]
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
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ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
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FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
Daniela Dommel 12022016Folie 22copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
Daniela Dommel 12022016Folie 23copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
Daniela Dommel 12022016Folie 24copy Fraunhofer UMSICHT
DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
Daniela Dommel 12022016Folie 25copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
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ertie
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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 14copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL DSC
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 16copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 15copy Fraunhofer UMSICHT
Referenzprobe leerer Tiegel
Kalibrierung mit Saphir
Temperaturbereich 700 bis 900 degC
HeizKuumlhlrate 5 Kmin
dynamische Argonatmosphaumlre 10 mlmin
30-50 mg Probenmenge
Pt-Rh Behaumllter
[14]
ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
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ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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Sandra Arroyave 01022016
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
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iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
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Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
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ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
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Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
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Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
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Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
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ertie
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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
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rtie
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Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
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ical
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ANWENDUNGSBEISPIEL STA
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14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
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ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
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QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
Daniela Dommel 12022016Folie 22copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
Daniela Dommel 12022016Folie 23copy Fraunhofer UMSICHT
QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
Daniela Dommel 12022016Folie 24copy Fraunhofer UMSICHT
DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
Daniela Dommel 12022016Folie 25copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 18copy Fraunhofer UMSICHT
14034 NaNO3 200x
14034 KNO3 200x
14034 NaOH 50x
14044 NaOH 200x
14301 NaOH 200x
Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt
ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG
NaOH ist stark korrosiv
Daniela Dommel 12022016Folie 19copy Fraunhofer UMSICHT
ZUSAMMENFASSUNG
bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien
bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
Daniela Dommel 12022016Folie 20copy Fraunhofer UMSICHT
FRAUNHOFER UMSICHT
Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
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bull Materialdatenbank im Temperaturbereich von 125 ndash 850 degC
bull Entwicklung eines PCM-Tools anhand der Kosten-Nutzen-Analyse zur Materialauswahl
bull Objektive Entscheidungsunterstuumltzung
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bull Flexibilitaumlt bei verschiedenen Parametern
bull Erreichung hoher Qualitaumlt zu geringen Kosten
bull Unterstuumltzung bei bedarfsgerechten Waumlrmekonzepten im Rahmen der Einsatzpotentialuumlberpruumlfung von PCM
bull Individuelle Konzepte koumlnnen bereitgestellt werden u a Kopplung mit ORC oder Stirling-Prozess
Beitrag zur Energiewende und den Klimazielen
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Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
Kontaktdaten
Daniela Dommel M ScCentrum fuumlr Energiespeicherung Fraunhofer UMSICHTInstitutsteil Sulzbach-RosenbergAn der Maxhuumltte 192237 Sulzbach-Rosenberg
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Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
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ical
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Vielen Dank fuumlr die Aufmerksamkeit
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E-Mail danieladommelumsichtfraunhoferdeInternet httpwwwumsicht-surofraunhoferde
Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
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[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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QUELLEN
[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
Sandra Arroyave 01022016
[3]
10
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
an
d ch
emic
al
prop
ertie
s
Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
arac
teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
ard
iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
ENTWICKLUNG EINES PCM-TOOLS ndash KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
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QUELLEN
[1] Bojanowski A (2015) Kampf gegen Erderwaumlrmung Die Welt einigt sich auf historischenKlimavertrag Online verfuumlgbar httpwwwspiegeldewissenschaftnaturuno-beschliesst-welt-klimavertrag-historisches-abkommen-a-1067513html abgerufen am 22012016[2] Bundesregierung Deutschland (2015) Energiesicherheit international staumlrken Online verfuumlgbarhttpswwwbundesregierungdeContentDEArtikel2015052015-05-12-g7-energieministertreffenhtmlabgerufen am 18092015[3] Kalus J (2013) Bachelorthesis - Untersuchung der Flieszligeigenschaften vonParaffinWasser-Dispersionen und Erstellung eines rheologischen Modells Hochschule Dortmund[4] Oriwol D (2008) Natriumacetat als Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwgeotu-freibergdeHauptseminar2008Daniel_Oriwolpdf zuletzt abgerufen am 06072015[5] BINE (2015) Latentwaumlrmespeicher Online verfuumlgbar unterhttpwwwbineinfofileadmincontentPublikationenThemen-InfosIV_2002themen0402internetxpdf zuletztgepruumlft am 27012015[6] Abdel Hakim M A H (2011) Dissertation - Experimental and Numerical Analysis of aPCM-Supported Humidification-Dehumidification Solar Desalination System TUMuumlnchen[7] Lemke J Lemke N Koumlhler J (2011) Einsatz von Phasenwechselmaterialien inSekundaumlrkreislaumlufen von Pkw-Klimaanlagen DKV-Tagung Aachen 2011
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QUELLEN
[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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DEVELOPMENT OF A PCM-TOOL - DATABASE
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[3]
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
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al
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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
l ch
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teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
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iden
tific
atio
n
Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
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rope
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Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
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[8] H-M Henning (2007) Praumlsentation - Phasenwechselmaterialien in Baumaterialien undLeitungssystemen Fraunhofer Institut ISE[9] RAL Guumltezeichen (2013) Phase Change Material Online verfuumlgbar unterhttpwwwpcm-raldeuploadsmediaRAL_GZ_896_Phase_Change_Material__Edition_November_2013_pdfzuletzt abgerufen am 08092015[10] Pahl Gerhard Beitz Wolfgang Feldhusen Joumlrg Grote Karl-Heinrich (2007) KonstruktionslehreGrundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung Berlin Heidelberg Springer BerlinHeidelberg Berlin Heidelberg (Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung)[11] Jung Hans (2007) Controlling 2 uumlberarb und aktualisierte Aufl InMuumlnchen [ua] Oldenbourg[12] Bundesministerium der Justitz und fuumlr Verbaucherschutz (1999) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumWasserhaushaltsgesetz uumlber die Einstufung wassergefaumlhrdender[13] Gschwander Stefan Haussmann Thomas Hagelstein Georg Sole Aran Diarce Gonzalo HohenauerWolfgang et al (2015b) Standard to determine the heat storage capacity of PCM using hf-DSC with constantheatingcooling rate (dynamic mode) IEA Solar Heating and Cooling Programme[14] PerkinElmer (2010) A Beginners Guide to Thermogravimetric Analysis checked on 1192016
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
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emic
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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
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tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
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Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
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Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
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Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
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Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
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[15] Pehnt M Boumldeker J Arens M Jochem E Idrissova F (2010) Die Nutzung industrieller Abwaumlrme ndashtechnisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung Bericht im Rahmen des VorhabensbdquoWissenschaftliche Begleitforschung zu uumlbergreifenden technischen oumlkologischen oumlkonomischen undstrategischen Aspekten des nationalen Teils der Klimaschutzinitiativeldquo Heidelberg Institut fuumlr Energie- undUmweltforschung (ifeu)
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
ical
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d ch
emic
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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
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teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
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Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
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Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
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Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
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Spec Melting enthalpy Δfush
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Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
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Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
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teris
tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
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Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
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Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
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Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []
Phys
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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417Spec Melting enthalpy Δfush Evaluation criterion 1146
Melting temperature Tm Exclusion criterion Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt 850 degC
Boiling temperature Tb Exclusion criterion Tb - Tm gt 30 degCVolume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps (solid) Evaluation criterion 417Spec heat capacity cpl (liquid) Evaluation criterion 417Thermal conductivity λs (solid) Evaluation criterion 938Thermal conductivity λl (liquid) Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
Tech
nica
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tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156
2500
Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable
Thermal stability (ts) Evaluation criterion 938
Subcooling (sc) Evaluation criterion 938
Haz
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Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable
2500
Explosive (E) Exclusion criterion If applicableHighly flammable (F+) Exclusion criterion If applicable
Flammable (F) Exclusion criterion If applicableOxidising (O) Evaluation criterion 700
Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable
Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable
Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900
WGK Evaluation criterion 100
Cos
ts
Cost per 500 gExclusion criterion gt 100 euro
Evaluation criterion 1250 1250
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Daniela Dommel 12022016Folie 26copy Fraunhofer UMSICHT
Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
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Guiding criteria Criteria Type of
criteria Definition exclusion criteria Weighting []
Weighting guiding criteria []
Phys
ical
and
che
mic
al p
rope
rtie
s
Density ρs (solid)
Exclusion criterion lt 900 kgmsup3
3750
Evaluation criterion 417
Spec Melting enthalpy Δfush
Evaluation criterion 1146
Melting temperature TmExclusion criterion
Range 1 280 degC lt x lt 330 degC Range 2 400 degC lt x lt 550 degC Range 3 750 degC lt x lt
850 degC
Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC
Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent
Spec heat capacity cps
(solid)Evaluation criterion 417
Spec heat capacity cpl
(liquid)Evaluation criterion 417
Thermal conductivity λs
(solid)Evaluation criterion 938
Thermal conductivity λl
(liquid)Evaluation criterion 417
Decomposition temperature Tdc
Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC
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PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s
Daniela Dommel 12022016Folie 27copy Fraunhofer UMSICHT
PCM-TOOL
Densityρs(solid) SpecMeltingenthalpyΔfush Specheatcapacitycps(solid) Specheatcapacitycpl(liquid)
Densityρs(solid) 1 2 1 1
SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0
Specheatcapacitycps(solid) 1 2 1 1
Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1
Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0
Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1
Physicalandchemicalproperties
Physica
land
chem
ical
prop
ertie
s