Weiterentwicklung einer Messapparatur zur Charakterisierung von Wärmespeichermaterialien für solarthermische Anlagen

Kurzfassung

In dieser Arbeit wurde eine bereits bestehende Messapparatur für sensible und latente Wärmespeichermaterialien durch einen Neuaufbau weiterentwickelt. Die Apparatur ist für Speicherproben mit einer Hohlzylinderform konzipiert, wobei an dessen Innenseite ein geregelter Wärmetransport herbeigeführt wird. Über die Außenseite werden durch den Einsatz einer adiabatischen Betriebsführung Wärmeverluste weitgehend vermieden. Der Hohlzylinder bildet einen Ausschnitt des Speichermaterials ab, welches ein Wärmeträgerrohr eines Gesamtwärmespeichers umschließt. In der Messapparatur wird an Stelle des Wärmeträgerrohres ein elektrisch beheizter und pneumatisch gekühlter Stab verwendet. Das vordergründige Ziel der Messungen ist die Bestimmung von Wärmemengen die über diesen Heizstab ins Material ein- bzw. ausgekoppelt werden. Neben den Verbesserungen, die im Zuge der Neukonstruktion an der Apparatur vorgenommen wurden, lag der Hauptfokus der Arbeit bei der Weiterentwicklung der Pneumatik der Apparatur. Über eine numerische Berechnungsmethode wurde eine genaue Untersuchung des Wärme- und Stofftransportes für die Luftströmung in den Kanälen des Heizstabes vorgenommen. Auf diese Weise konnten typische Werte für die in der Praxis auftretenden Normvolumenströme ermittelt werden. Dies bildete die Grundlage zur Dimensionierung einer Durchflussmessung. Daraufhin konnte die im Heizstab auftretende Kühlleistung als indirekte Messgröße der Apparatur eingeführt werden. Darüber hinaus wurde über die Neuentwicklung eines elektrischen Luftstromerhitzers die Möglichkeit zur Vorwärmung der Kühlluft geschaffen. Eine Regelung der Kühlleistung wurde auf diese Weise möglich. Darauf aufbauend wurde ein neuer Messbetrieb vorgestellt, bei dem während der Messungen eine konstante Kühlleistung gehalten wird. Dieser bietet eine vereinfachte Auswertungsmethode für Messungen, bei denen viele aufeinander folgende Be- und Entladungsvorgänge durchgeführt werden. Daher konnten mit dieser Arbeit die Prüfmöglichkeiten sensibler und latenter Speichermaterialien verbessert werden.