Der PCM-Wärmespeicher (thermochemischer Wärmespeicher)

Wird Wasser erwärmt, steigt die Temperatur proportional zur Wärmezufuhr linear an (siehe blaue Linie).

Vergleich von sensibler und latenter Wärmespeicherung

Verwendet man ein Salzhydrat als Speichermedium, verhält sich dieses völlig anders. Bis zur Schmelztemperatur des Materials (20 bis 40 °C einstellbar) ist es fest. Die Temperatur steigt ebenfalls linear an. Erreicht man den Schmelzpunkt, so bleibt die Temperatur weitgehend konstant, bis das gesamt Material geschmolzen ist. Erst dann steigt die Temperatur wieder an (rote Linie).

Ein PCM-Wärmespeicher arbeitet üblicherweise in einem Temperaturbereich, der 10 °C (physikalisch genauer 10 K) über und 10 °C unterhalb der Schmelztemperatur liegt.

Die Firma Axiotherm hat speziell für den Einsatz mit Luftkollektoren ein Wärmespeicher-Modul entwickelt. Das Salzhydrat befindet sich zwischen zwei dünnen, strukturierten Kunststoffplatten (oben links). Mehrere dieser Platten sind zu einem Register (oben rechts) verbunden und mehrere Register bilden ein Modul (unten).

Aufbau eines PCM-Wärmespeichers (Speicherplatte (oben links), Speichermodul (oben rechts) und
kompletter Wärmespeicher (unten)); Quelle: Axiotherm

Im Labor wurde ein Modul vermessen. Dessen Kennwerte sind nachfolgend aufgelistet:

Speichermaterial	ATS 21 (Salzhydrat)
Modulgröße (Stapelbar)	800 x 600 x 350 (l x b x h)
Wärmedämmung	30 mm EPP
Anzahl der Speicherelemente	194 Stück
Speicherkapazität	2 kWh
Be- und Entladeleistung	200 bis 500 W (abhängig vom Volumenstrom)
Wärmeübertragungsfläche	17,7 m²
Empfohlener Volumenstrom	100 bis 200 m³/h
Anschlüss	DN100
Gewicht	ca. 60 kg

Die nachfolgende Abbildung zeigt ergänzend den Druckverlust eines Wärmespeicher-Moduls.

Druckverlustdiagramm; Quelle: Axiotherm

Bei den nachfolgend dokumentierten Messungen betrug der Volumenstrom beim Laden und Entladen konstant 150 m³/h.

Das Wärmespeicher Modul wird mit konstant 40 grädiger Luft beladen (rote Linie). Die Speicheraustrittstemperatur beträgt anfangs 20 °C. Da sich die Temperatur des Speichers erhöht, steigt auch die Speicheraustrittstemperatur (blaue Linie).

Wärmespeicher 2,2 kWh - Beladen mit 150 m³/h; Quelle: Axiotherm

Nach bereits einer Stunde hat die in den Raum geblasene Luft eine Temperatur von ca. 30 °C.

Am Abend wird der Speicher wieder entladen. Im Labor beträgt die Raumtemperatur konstant 20 °C (blaue Linie).

Wärmespeicher 2,2 kWh - Entladen mit 150 m³/h; Quelle: Axiotherm

Dem Speicher kann fünf Stunden lang warme Luft zwischen 40 °C und 20 °C entnommen werden.

Eine erste Anlage mit einer Kollektorfläche von 14 m² und vier Wärmespeicher-Modulen wurde 2017 in einer Kirche im Raum Gießen realisiert. Gegenwärtig wird die Anlage vermessen. Die Ergebnisse werden für den Sommer 2018 erwartet.