Klimatisierung von Gebäuden mit Phasenwechselfluiden

Das Fraunhofer Umsicht erforscht Einsatzgebiete für Phasenwechselfluide (engl. Phase-Change-Slurries, PCS). CryoSol®Plus sieht aus wie Milch. Trinken sollte man es aber nicht. Zwar ist die Zusammensetzung aus Paraffinen und Wasser ungiftig, doch eher wenig schmackhaft. Paraffin ist als Wachs oder als Pflegeöl in Vaseline bekannt. In CryoSol®Plus dienen die Paraffine fein dispergiert als Phase-Change-Material (PCM) zur Wärme- und Kältespeicherung. Das Prinzip: Nimmt die Dispersion die Wärme auf, »schmelzen« die festen Paraffin-Kügelchen zu Paraffin-Tropfen und speichern die Wärme. Kühlt die Lösung ab, erstarren die Tropfen wieder. In CryoSol®Plus liegt das Paraffin fein verteilt in Wasser als heterogenes Stoffgemisch vor.

Zwei- bis dreifache Energiedichte zu Wasser

Zusammen mit der der RWTH Aachen hat Fraunhofer Umsicht den Einsatz von CryoSol®Plus in Versorgungssystemen untersucht. Prinzipiell kann das Gemisch als Wärmeträgerfluid, Speichermedium für thermische Speicher und zur Kühlung eingesetzt werden. »In einem Temperaturbereich von 5 bis 20 Grad Celsius ist es eine gute Alternative zu Kaltwasser, da es eine zwei- bis dreimal höhere Energiedichte hat«, erklärt Dipl.-Ing. Tobias Kappels, Forscher in der Gruppe Thermische Energiespeicher und -systeme bei Fraunhofer Umsicht. Im Projekt wurde die Dispersion zum speichern von Nachtkälte eingesetzt, um diese tagsüber raumweise mittels Kapillarrohrmatten in der Decke wieder abzugeben. Die Idee zur Konstruktion der Kapillarrohrmatte stammt aus der Natur und entspricht dem Netzwerk aus feinen Adern unter unserer Haut, das uns nicht nur mit Nährstoffen versorgt, sondern auch zur Wärmeregulierung des Körpers dient. In Gebäuden werden die Kapillarrohrmatten in Decken, Wänden oder Fußböden zur kombinierten Flächenheizung und Kühlung eingesetzt.

Kapillarrohrmatten ähneln dem Prinzip des menschlichen Nervensystems. Foto: Fraunhofer Umsicht

Höhere Transportkapazität, besserer Speicher

In dem Projekt wurde die Dispersion hergestellt, charakterisiert und in einem Wärme-/ Kältesystem getestet sowie die Stoffeigenschaften der Dispersionen modelliert. Der Einsatz von CryoSol®Plus konnte die Transportkapazität und Speicherfähigkeit eines Verteilungsnetzes deutlich erhöhen. Speziell für produzierende Gewerbe, Klimatechnik, Chemie- und Automobilindustrie sowie auch für Kühlgeräte in der Lebensmittelindustrie ist der Einsatz der Dispersion interessant.

Das Projekt wurde vier Jahre im Kontext des Rahmenprogramms EnEff:Wärme vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert (Förderkennzeichen 0327471A).