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Daniela Dommel· 12.02.2016 Folie 1 © Fraunhofer UMSICHT EINSATZ VON PHASENWECHSELMATERIALIEN IM HOCHTEMPERATURBEREICH Daniela Dommel*, Sandra Arroyave, Andreas Krieger, Lars Komogowski, Clemens Schmetterer, Patrick Masset

EINSATZ VON PHASENWECHSELMATERIALIEN IM … · Daniela Dommel· 12.02.2016 Folie 1 © Fraunhofer UMSICHT EINSATZ VON PHASENWECHSELMATERIALIEN IM HOCHTEMPERATURBEREICH …

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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]

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

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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)

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 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

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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

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

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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

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

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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]

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 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

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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

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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)

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 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

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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 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]

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

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]

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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

Daniela Dommel 12022016Folie 17copy Fraunhofer UMSICHT

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

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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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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

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

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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

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)

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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 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

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

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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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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 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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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

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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

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

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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

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

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

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Guiding criteria Criteria Type of criteria Definition exclusion criteria Weighting [] Weighting guiding criteria []

Phys

ical

an

d ch

emic

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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 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

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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

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 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

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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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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

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and

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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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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

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prop

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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]

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14034 NaNO3 200x

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14044 NaOH 200x

14301 NaOH 200x

Gemaumlszlig des PCM ndash Tools wurden die MaterialienNaNO3 KNO3 NaNO3+NaCl+Na2SO4 ermittelt

ANWENDUNGSBEISPIEL VERKAPSELUNG

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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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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

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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 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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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

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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

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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

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

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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

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

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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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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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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

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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 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

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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[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

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

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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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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

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prop

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s

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bull Groszlige Auswahl an potentiell geeigneten Materialien

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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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[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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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

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

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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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criteria Definition exclusion criteria Weighting []

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Phys

ical

and

che

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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

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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

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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

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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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[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

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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

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Very toxic (T+) Exclusion criterion If applicableToxic (T) Exclusion criterion If applicable

Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable

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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

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s

Density ρs (solid)

Exclusion criterion lt 900 kgmsup3

3750

Evaluation criterion 417

Spec Melting enthalpy Δfush

Evaluation criterion 1146

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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

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Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1

Physicalandchemicalproperties

Physica

land

chem

ical

prop

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s

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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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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

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Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable

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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

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

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Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC

Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent

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(solid)Evaluation criterion 938

Thermal conductivity λl

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Densityρs(solid) 1 2 1 1

SpecMeltingenthalpyΔfush 0 1 0 0

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Specheatcapacitycpl(liquid) 1 2 1 1

Thermalconductivityλs(solid) 0 2 0 0

Thermalconductivityλl(liquid) 1 2 1 1

Physicalandchemicalproperties

Physica

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chem

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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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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

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2500

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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

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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

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Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent

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Thermal conductivity λl

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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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Phys

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Density ρs (solid) Exclusion criterion lt 900 kgmsup3

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Decomposition temperature Tdc Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC

Tech

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tics Hygroscopic (hy) Evaluation criterion 156

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Phase separation (ps) Evaluation criterion 469Sublimation (su) Exclusion criterion If applicable

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Radioactive (Ra) Exclusion criterion If applicable

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Harmful (Xn) Evaluation criterion 500Corrosive (C) Exclusion criterion If applicable

Irritant (Xi) Evaluation criterion 300Dangerous for the environment (N) Evaluation criterion 900

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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 []

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Exclusion criterion lt 900 kgmsup3

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Evaluation criterion 417

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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

850 degC

Boiling temperature TbExclusion criterion Tb - Tm gt 30 degC

Volume change Δ(VsVl) Exclusion criterion gt 25 Prozent

Spec heat capacity cps

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Spec heat capacity cpl

(liquid)Evaluation criterion 417

Thermal conductivity λs

(solid)Evaluation criterion 938

Thermal conductivity λl

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Decomposition temperature Tdc

Exclusion criterion Tdc - Tm gt 30 degC

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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 []

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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 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 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