Latentwärmespeicher Sehr geehrte Damen und Herren! Ich darf sie sehr herzlich zur unserer Präsentation des Projekts Latentwärme begrüßen Zuerst möchte ich Ihnen unser Team vorstellen: Ein Schülerprojekt der HTL-Braunau unter der Leitung von Dr. Wolf Peter Stöckl

Solaranlage Diese Solaranlage ist bei meinem Projektkollegen Werner Pollhammer installiert. Wie hier ersichtlich ist es möglich ein Haus von Februar bis Oktober problemlos Solar zu heizen. Jedoch von November bis Jänner ist diese Solaranlage nur eine Unterstützung zur normalen Beheizung. Mit unserer Methode ist es möglich vom Sommer in dem man einen Wärmeüberschuss produziert die Energie für die ertragsärmeren Monate November, Dezember und Jänner zu speichern. Es ist kein Problem die Energie vom Juni, Juli, August bis in die Wintermonate zu speichern da der Speicher im geladenen Zustand keine Verlusste hat.

Wie kam es zu diesem Projekt Latentwärme Handwärmekissen Energieproblem Solarenergie = Energieform der Zukunft Problem dabei: Speicherung Teilnahme bei Octopus Wie kam es zu diesem Projekt: Was ist Latentwärme. Latent ist lateinisch und heißt auf deutsch so viel wie versteckt. Es ist also eine Versteckte Wärme. Sie kennen das wahrscheinlich von den Handwärmekissen. Diese werden in kochendem Wasser geladen und geben die Energie nach Monaten zum gewünschten Zeitpunkt wider frei. Latentwärme ist also Wärmeenergie die man nicht direkt fühlen kann, das aber die Möglichkeit besitzt Wärme zu Produzieren. Öl und Gas sind nur in begrenzten Mengen vorhanden und belasten bei der Verbrennung zur Energiegewinnung die Umwelt Solarenergie wäre im Übermaß vorhanden jedoch steht sie nicht immer zur gewünschten Zeit zur Verfügung und kann noch nicht befriedigend gespeichert werden. Ausgearbeitet wurde dieses Projekt im Rahmen des Octopus Begabtenförderungsprogramm. Die Arbeit geschah ausschließlich in der Freizeit.

Das Ziel Langzeitspeicher mit hoher Effizienz Verlustlose Wärmespeicherung in latenter Form Stufenweise und punktgenaue Abgabe Langfristige Speicherung (Sommer  Winter) Vielseitig einsetzbarer Speicher Preiswerte und umweltschonende Umsetzung Unsere Ziel: Bau eines Wärmespeichers der Energie in latenter Form ohne (große) Verluste über lange Zeiträume speichert. Es soll Sonnenenergie vom Sommer effizient gespeichert werden und stufenweiße nach bedarf im Winter freigesetzt werden. Die zur Speicherung verwendeten Substanzen sollen nicht giftig und nicht zu teuer sein. Der Speicher soll für verschiedenste Zwecke eingesetzt werden können. Zum Beispiel um Gewächshäuser zu beheizen oder zum Heizen eines Hauses.

Unser Prinzip Unser Prinzip: Wir verwenden Salzhydrate die im energiearmen Zustand kristallin sind. Beim zuführen von Wärmeenergie löst sich das Salzhydrat wobei Lösungsenergie benötigt wird. Wenn die gesamte Substanz gelöst ist, bildet sich beim Abkühlen eine übersättigte Lösung diese trägt dann die latente Energie. Um die Lösungsenergie wieder freizusetzen muss sie zur kristallisation angeregt werden. Die Lösung wird während des Auskristallisierens wieder fest. Dieser Prozess kann beliebig oft wiederholt werden.

Wichtige Grundlagen Lösen von Salzen benötigt Energie Salzlösung: Verlustlose Wärmespeicherung über Monate Kristallisationskeime lösen Kristallisation aus Wichtige Grundlagen Zum Lösen von Salzen benötigt man sehr viel Energie die beim Auskristallisieren wieder freigesetzt wird. Manche Salzlösungen haben die Eigenschaft beim Abkühlen nicht mehr von selbst auszukristallisieren, die dadurch entstehenden unterkühlten Lösungen werden als übersättigte Lösungen bezeichnet. Übersättigte Lösungen können bei richtiger Lagerung über Monate Lösungsenergie im kalten zustand speichern. Die Energie kann dann durch Kristallisationskeime, welche die Lösung kristallisieren lassen, wieder freigesetzt werden.

Das Konzept Wie hier ersichtlich wird die Energie durch Solarkollektoren erzeugt. Über einen Vierfachverteiler gelangt das warme Wasser in die Speicherzellen um diese Aufzuheizen. Da es nicht möglich ist die Kristallisation zu stoppen wurden 4 parallele Systeme verwendet. Diese können unabhängig voneinander Geladen und Entladen werden und es kann somit die Energie in Portionen abgerufen werden.

Der Kalorimeterversuch Messung des Temperaturanstiegs  Energiebestimmung Der Kalorimeterversuch dient dazu um festzustellen wieviel Energie in einer bestimmten Menge Salzlösung steckt. Es wird eine Definierte Menge Salzlösung in einer bestimmten Wassermenge zu kristallisation gebracht. Der Temperaturanstieg des Wassers lässt auf die darin enthaltene Energie schließen.

Ergebnisse Dichtebestimmung und Kalorimeter Dichte enthaltene Energie Natriumthiosulfat: 1,58g/ml 135,69J/g Natriumacetet: 1,27g /ml 96,45J/g Waschsoda: 1,26g /ml 91,00J/g Natriumsulfat: 1,28g /ml 77,50J/g Weiters wurde die Dichte der Lösungen bestimmt. In dieser Tabelle wird die Dichte der Lösungen und deren Energiegehalt dargestellt. Wie ersichtlich ist Natriumthiosulfat ein sehr guter Speicher. Es wurden auch Salzmischungen getestet. Diese Setzen zuerst eine gewisse Menge an energie frei. Kühlen bis zu einem bestimmten Temperaturpunkt ab und anschließend Kristallisiert die 2. Salzsubstanz aus uns setzt widerum Energie frei. Es ist sogesehen möglich Maßgeschneiderte Mischungen für die verschiedensten Anwendungen zu kreieren.

Enthaltene Energie: J/ml Hier sieht man die Enthaltene Energie in J pro ml. Diese Werte sind die Aufschlussreichsten denn sie zeigen den Zusammenhang zwischen Dichte und Energiegehalt. Es ist am wichtigsten soviel energie wie möglich auf so kleinem Raum wie möglich zu speichern. Das Gewicht spielt keine so große Rolle da die Salze ohnehin sehr billig sind. Wie in diesem Diagramm ersichtlich hat sich Natriumthiosulfat sprichwörtlich am besten herauskristallisiert.

Trocknungsversuch Wassermenge der Kristalle bestimmen Trocknung bei 150°C Massenverlust wird gemessen Weiters wurde ein Trocknungsversuch durchgeführt um zu bestimmen welche Kristalltypen vorliegen. Die Kristalle wurden bei 150°C getrocknet und der Massenverlust gemessen. Daraus lässt sich die enthaltene Wassermenge bestimmen.

Die Innovationen unseres Projekts Ölschicht: verhindert Wasserverlust und spontane Kristallisation Bessere Salze: bessere Eigenschaften, größere Energiemengen Gezieltes freisetzten der Energie zum gewünschten Zeitpunkt Werner Die Innovationen unseres Projekts Es ist der erste Speicher der die Energie beliebig lange speichern kann, ermöglicht wurde dies einerseits durch seinen speziellen aufbau mit einzelnen Speicherpatronen und durch das Rührwerk das es ermöglicht höhere Konzentrationen zu erstellen und eine Homogene Lösung ohne konzentrationsunterschiede herzustellen. Die Ölschicht an der oberfläche verhindert das eindringen von Kristallisationskeimen wie z. b. staubpatrikel und ähnliches und verhindert den Wasserverlust, somit bleibt die Konzentration der Lösung immer gleich und es entstehen keine Veränderungen bei langem Betrieb. Sie verhindert auch, dass sich Kristalle an den Seitenwänden festsetzten und in die Lösung fallen und diese zur kristallisation bringen Unsere neu gefundenen Salze sind um vielfaches besser als jene die bisher verwendet werden. Das beste Salz das wir bisher gefunden haben heißt Natriumthiosulfat. Es speichert die einenhalbfache Energie von Natriumacetat und seine Dichte ist auch etwa einenhalb mal so groß. Insgesammt speichert ein Liter Natriumthiosulfat also etwa doppelt so viel Energie als Natriumacetat das in bisherigen Latentwärmespeichern meist zum einsatz kommt. Das gezielet freisetzten der Latenten Energie passiert mittels einem Glasstab der aus der Lösung gezogen wird, darauf bilden sich durch die Umgebungsluft winzige Kristallisationskeime die beim anschließenden eintauchen in die Lösung die Kristallisation der Speicherpatrone auslösen Dies ist Vollautomatisch und wird mittels Lab View gesteuert Also alles in allem besitzt der Speicher einen Komfort wie eine Öl und Gasheizung die dann die Energie Liefert wenn sie benötigt wird, nur mit dem unterschied dass die Energie, dass die Solarenergie nie verbraucht ist und das es kostenlose und umweltfreundliche Energie ist.

Aufbau der Speicherpatronen Einfach abzunehmender Verschluss mit Motor Innen Lackbeschichtet Temperaturfühler und Rührwerk Inhalt ca. 3 Liter Der Aufbau der Speicherpatronen Das Aluminiumrohr ist einseitig verschlossen und innen Lackbeschichtet damit keine Ungewünschten Kristallisationen ausgelöst werden Im Verschluss ist ein Motor versenkt der mit dem Rührwerk verbunden ist und die Lösung aufrührt Für Versuchszwecke wurde ein Leicht abnehmbarer Verschluss angefertigt damit man die Lösung beim Lösungsvorgang beobachten kann Weiters besitzt der Verschluss einen Temperaturfühler der etwa 30 cm in die Lösung eintaucht, dieser Temperaturfühler ist mit der Lab View Platine verbunden und Zeichnet den Temperaturverlauf auf. Der Inhalt beträgt etwa 3 Liter Die darin enthaltene Engergiemenge beträgt etwa 643170J das sind 180W/h Damit liesen sich 10 Liter Wasser um 5°C erwärmen

Weitere Vorteile 7-10 m³ großer Latentwärmespeicher ersetzt 50 m ³ Ganzjahreswasserspeicher Salze: ungiftig, in großen Mengen vorhanden Preis der Salze: ca. 20 Cent/kg Salze mit großem Meier-Oswald Bereich Für einen herkömmlichen Ganzjahreswasserspeicher benötigt man etwa 60 m³ Solarkollektoren und einen 50m³ Wasserspeicher. Dies ist natürlich mit sehr großen kosten verbunden, und es hat natürlich hat nicht jeder Platz für einen 50m³ großen Speicher. Er besitzt eine große Oberfläche und hat natürlich enorme verlusste. Ein etwa 7-10m³ großer Latentwärmespeicher kann einen solchen 50m³ großen Wasserspeicher ersetzten. Er hat eine weitaus geringere Oberfläche und hat keine Verlusste da die Flüssigkeit im inneren kalt ist und erst bei der kristallisation warm wird. Die Enthaltenen Salze sind ungiftig und auch für die Umwelt ungefährlich. Natriumacetat ist zum Beispiel in Salatsauce enthalten oder Natriumthiosulfat wird beispielsweise nach einer Rauchgasvergiftung verabreicht. Weiters sind die Salze in großen Mengen vorhanden. Natriumsulfat entsteht beispielsweise bei Entschwefelungsanlagen. Daher sind die Salze auch sehr billig sie kosten zw. 10 und 30 Cent. Eine Vollständige befüllung des Speichers mit salz kostet etwa 2000 € Wir verwenden Salze mit einem großem Meier Oswald Bereich. Das heißt die Lösungen können weit unterkühlt werden ohne dass die auskristallisieren. Weiters haben unsere Salze ausgezeichnete umladeeigenschaften. Sie verändern ihre Strucktur auch nach tausenden lösungs und kristallisationszyklen nicht.

Ausblick Suche nach Firmenkontakten Weitere Salzforschungen Mögliche Patentanmeldung Fertigstellung der Gesamtanlage Der Ausblick Wir sind darum bemüht eine Firma zu finden die interesse hat mit uns einen Latentwärmespeicher in Echtgröße zu bauen Weiters stehen noch Salzforschungen an bei denen wir noch bessere Eigenschaften vermuten als bei jenen Salzen die wir bereits gefunden haben. Außerdem wird eine Patentanmeldung von uns angestrebt In den nächsten Wochen folgt dann die Fertigstellung der Gesammtanlage mit Photovoltaik und Solarkolektor

Danke für Ihre Aufmerksamkeit Ein besonderer Dank gilt unserem Projektlehrer Dr. Wolf Peter Stöckl für die gute Unterstützung Wir bedanken uns für Ihre Aufmerksamkeit und wenn es noch fragen gibt dann stehen wir Ihren gerne zur Verfügung Ein besonderer Dank gilt unserem Projektleherer Herrn Doktor Stöckl der immer ein offenes Ohr für unsere Fragen hatte und der uns immer unterstützt hat Danke