Konzeptionierung eines Versuchsaufbaus und experimentelle Untersuchung einer regelbaren Wärmedämmung auf Basis eines Metallhydrid-Wasserstoff-Reaktionssystems

Abstract

Zur Erreichung der Klimaziele der Bundesregierung müssen neue Wege gefunden werden Energie einzusparen. Besonders der Gebäudesektor oder Elektroautomobile können dabei von einer adaptiven Dämmschicht zur regelbaren und direkten Übertragung von Wärmeströmen profitieren. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und der Charakterisierung einer regelbaren Wärmedämmung. Dabei wird die gasdruckabhängige Wärmeleitfähigkeit zur Wärmestromregelung ausgenutzt, indem der Gasdruck im adaptiven Dämmpaneel mithilfe reversibler Gas-Feststoff-Reaktionen präzise eingestellt wird. Das Dämmsystem besteht aus zwei Kernkomponenten: ein offenporiges Dämmpaneel und ein daran angeschlossener separater Metallhydrid-Reaktor, durch den ein Wasserstoffdruck im Paneel geregelt wird. Die Hauptaufgabe dieser Arbeit besteht im experimentellen Nachweis der Funktionalität dieser regelbaren Wärmedämmung. Dazu wird ein bestehender Teststand hinsichtlich Modularität und Dichtigkeit verbessert. Darüber hinaus wird die angewandte Messmethodik mit Hilfe von Oberflächentemperaturen vorgestellt und eine zusätzliche Messzelle zur Messung der Wärmeleitfähigkeit entwickelt und validiert. Insgesamt kann gezeigt werden, dass es für die regelbare Wärmedämmung wichtig ist Kernmaterial und Metallhydrid aufeinander abzustimmen und an die gewünschten Parameter anzupassen. Dies bezieht sich vor allem auf die Porengröße, die gewählten Druckgrenzen und die Charakteristik des Metallhydrids. Außerdem wird anhand von experimentellen Untersuchungen aufgezeigt, dass das Prinzip der regelbaren Wärmeleitfähigkeit im Dämmpaneel funktioniert. Mit Hilfe eines vom Paneel separaten Reaktors lässt sich der Gasdruck im Paneel dynamisch einstellen und dadurch der Wärmestrom in Zeitverlauf und Amplitude regeln. Variierende thermische Zustände am Paneel lassen sich in weniger als einer Stunde einstellen.