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Heat and cold storage with PCM

Autor: Mehling, Harald; Cabeza, Luisa F.

„Heat and cold storage with PCM“ – Wärme- und Kältespeicherung mit Phasenänderungsmaterialien – von Dr. Harald Mehling vom Bayerischen Zentrum für angewandte Energieforschung ZAE und Prof. Luisa F. Cabeza von der Universidad Lleida in Spanien ist ein kompaktes, aber umfassendes Fachbuch über die Energiespeicherung in so genannten Phase Change Materials (PCM). Es konzentriert sich ausschließlich auf dieses Thema, behandelt es aber entsprechend umfassend. Dabei wird sowohl die Theorie abgedeckt, zahlreiche Messdaten werden gezeigt und die Anwendung wird erklärt.

Phasenänderungsmaterialien (PCM) sind eine Klasse von Materialien, die zur Latentwärmespeicherung eingesetzt werden. Ausgenutzt wird dabei der Effekt, dass Wärme nicht nur in Form von Temperaturerhöhung in der Wärmekapazität gespeichert wird, sondern beim Phasenübergang zusätzlich Energie auf konstantem Temperaturniveau aufgewendet resp. zurückgewonnen wird. Streng genommen gibt es also keine eigene Materialklasse „PCM“, sondern eine bewusst eingesetzte Eigenschaft eines Materials oder einer Materialkombination macht einen Stoff zum Phase Change Material. In der Praxis wird vor allem der Übergang Feststoff-Flüssigkeit eingesetzt, da beim Übergang in die Gasphase das Volumen stark zunimmt, was für die Anwendung Nachteile bringt.

Der grundsätzliche Effekt resp. das Bestreben, Energie in Form von Latentwärme zu speichern, ist uralt. Jedoch wurden erst in den letzten 10-20 Jahren intensive Bemühungen getätigt, dies in den Alltag zu integrieren. Das vorliegende Buch berichtet so auch über aktuelle Forschungsprojekte resp. Ergebnisse, die die Autoren erzielt haben.

Das Buch fängt mit den Grundlagen der PCM-Technologie an und erklärt die thermodynamischen Grundlagen sowie typische Materialien, die eingesetzt werden. Als Beispiele seien hier neben Wasser Paraffine, Salzhydrate (z.B. Natriumacetat) sowie Salze selbst genannt. Es wird auch auf die kommerzielle Umsetzung sowie die Mikro- und Makroeinkapselung eingegangen.

Das umfassende Kapitel 3 erklärt, wie PCM charakterisiert und vermessen werden können. Sicher interessant für eine entsprechende Zielgruppe – für mich als Anwender weniger.

Kapitel 4 behandelt die Wärmeübertragung von resp. an PCM. Die Autoren wenden dabei insbesondere die klassische Gleichung für Wärmeleitung in Verbindung mit dem Speicher-/Reaktionsterm auf mehrere Geometrien an und zeigen, wie die PCM den Temperaturverlauf z.B. in einem Stab beeinflussen.

Kapitel 5 zeigt zahlreiche Beispiele sowie Designrichtlinien für Wärmespeicher und Wärmeübertrager mit PCM. Dabei wird klar, dass die Autoren und ihre Projektkollegen viele der hier präsentierten Varianten selbst entwickelt, gebaut und vermessen haben.
Die Kapitel 6 und 7 befassen sich mit der Integration von PCM in Energiesysteme und praktische Anwendungen wie z.B. eine Kühlbox für Lebensmittel. In Kapitel 8 wird dies noch einmal vertieft, und es wird gezeigt, wie funktionale Textilien mit Hilfe von PCM entwickelt werden können. Als Beispiele seien Taschenwärmer, Schuheinlagen oder Schlafsäcke genannt.

Kapitel 9 umfasst etwa 80 Seiten und erklärt sehr detailliert, wie Phase Change Materials in der Gebäudetechnik eingesetzt werden können. Typisch ist z.B. das Einarbeiten von mikrogekapselten PCM in das Fassadenmaterial. Dadurch wird das Gebäude tagsüber nicht so stark aufgeheizt und bleibt nachts länger warm. Auch hier wird mit zahlreichen Fotos und Messkurven nicht nur die praktische Expertise der Autoren unter Beweis gestellt, sondern auch dem Leser sehr schön vermittelt, was möglich ist.

Für mich als Inhaber eines Ingenieurbüros für Thermodynamik, Strömungsmechanik und Chemische Reaktionstechnik und Fan aller innovativen Energiespeichertechnologien war der Kauf des Buches sicher sinnvoll und richtig. Auch wenn ich mit den Grundlagen schon lange vertraut war, hat mir das Buch einige Details näher gebracht und wird bei zukünftigen Projekten im Bereich PCM als Nachschlagewerk dienen. Dass es teuer war, mag ich den Autoren und dem Verlag gönnen.

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