VerwendungvonZeolith/CaCl2 Kompositmaterialfürdie Langzeitspeicherungvon thermischerEnergie Dipl.-Ing.DanielaMeitner LukasvonBerg,BSc Univ.-Prof. HaraldRaupenstrauch FA Anlagentechnik Wien, 5. Dez. 2012 12.02.2016 MontanuniversitätLeoben LehrstuhlfürThermoprozesstechnik Franz-Josef-Straße18,8700Leoben [email protected] Inhaltverzeichnis • StatusQuo: – EinsatzvonLangzeitspeicherimSektor„Private Haushalte“ • GrundlegendeszudenMaterialienundzum Sorptionsvorgang – Zeolith,Calciumchlorid(CaCl2), Kompositmaterial ausZeolithundCaCl2 • VermessungderMaterialienimLabormaßstab • Conclusio NovelSORP Statusquo:Langzeitspeicher • HoherEnergieverbrauchdesSektors„Private Haushalte“(30%desGesamtenergiebedarfs Österreichs,ÖsterreichischesUmweltbundesamt,2015) • Wärmespeicherung Wärmeüberdirekteundinspeicher nieder hoch direkteSpeicher Sensible Latent Sorption hoch NovelSORP nieder 3 Material: Eigenschaften,Aufbauund Verwendung NovelSORP 4 Sorptionsmaterial • NatürlicherZeolith – Klinoptiolith- Heulanditstruktur – natürlichesAlumosilicatmineral miteinerReinheitvon90% ChemischeStruktur:Na6[Al6Si30O72]*24H2O(Dyer,1988) dreidimensionaleStrukturaus 4 5 [SiO4] und[AlO4] – Verwendung • Abwasserreinigung • inFuttermittel • alternativeArzneimittel NovelSORP Klinoptiolith/ Heulanditstruktur (Dyer, 1988) 5 Sorptionsmaterial • Calciumchlorid – Eigenschaften • hygroskopischesSalz • 4Hydratstufen ausgehendvon[Ca(H2O)6]Cl2 • bei29°C,45°Cund175°CwirdKristallwasserabgeben; Anhydridbei260°C(Wiberg,2007) – Verwendung • Trocknungsmittel • Frostschutzmittel • Lebensmittelindustrie NovelSORP 6 Sorptionsmaterial NovelSORP 7 Sorptionsmaterial NovelSORP 8 Sorptionsmaterial • HerstellungdesKompositmaterials(Aristov,2007) – TrocknungdesZeolithenbei120-180°C – ImprägnierungderMatrixmitderSalzlösung – TrocknungdesMaterialsbei120-150°Cumdas Wasserauszutreiben NovelSORP 9 Sorptionsmaterial • Kompositmaterial Paltentaler Minerals GmbH & Co KG NovelSORP 10 Beschreibungder Sorptionsvorgängean porösenMaterialien NovelSORP 11 Sorption Luft FeuchteLuft >100°C,trocken Beladung Desortpion NovelSORP 12 Sorption Luft FeuchteLuft >100°C,trocken Beladung Desortpion Speicherung trockenes Gestein NovelSORP 13 Sorption Luft FeuchteLuft >100°C,trocken Beladung Desortpion Speicherung trockenes Gestein Entladung Adsorption NovelSORP 14 ExperimentellerAufbau NovelSORP 15 LaboraufbaudesSorptionsreaktor NovelSORP 16 Sorptionsmaterialien 1 mm 1 mm 13 XBF Zeolith 1 mm 1 mm Zeolith mit 5% CaCl2 Zeolith mit 20% CaCl2 NovelSORP 17 Sorptionsmaterialien Zeolith Zeolithmit20%CaCl2 NovelSORP 18 Ergebnisseaus Experimentenim Sorptionsreaktor NovelSORP 19 Temperaturverlaufunterschiedlicher Materialien Temperaturverlauf 70 13XBF 65 Mono Temperatur[°C] 60 Multi_MPV 55 Multi_SH 50 45 40 35 30 25 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Time[h] NovelSORP 20 Temperaturhubunterschiedlicher Materialien Temperaturdifferenz[K] 30 Temperaturhub 25 20 15 ∆TPos.1 10 ∆TPos.3 5 0 NovelSORP 21 Energiedichteunterschiedlicher Materialien Energiedichte Temperaturverlauf 70 65 400000 60 350000 55 300000 50 250000 45 200000 40 Temperatur[°C] 450000 150000 100000 50000 0 13XBF Mono Multi_MPV Multi_SH 13XBF Mono Multi_MPV 35 Multi_SH 30 25 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Time[h] 1 𝜌𝑄𝑉 = 𝑐𝑝 𝐿𝑢𝑓𝑡 𝑉𝑆𝑜𝑟𝑏 𝑡1 ∗ 𝑚̇𝐿𝑢𝑓𝑡 ∗ 3 ∆𝑇(𝑡) ∗ 𝑑𝑡 𝑡0 NovelSORP 22 NutzbareWärmederunterschiedlichen Materialien Temperaturverlauf 70 13XBF 65 Mono Temperatur[°C] 60 Multi_MPV 55 Multi_SH 50 45 40 35 30 25 0 2 4 6 8 10 12 14 Zeit[h] 𝑄𝑁𝑢𝑡𝑧 = 𝑐𝑝 𝐿𝑢𝑓𝑡 𝑚𝑆𝑜𝑟𝑏 𝑡1 ∗ 𝑚̇𝐿𝑢𝑓𝑡 ∗ 3 ∆𝑇(𝑡) ∗ 𝑑𝑡 NovelSORP 𝑡0 23 NutzbareWärmederunterschiedlichen Materialien NutzbareWärmebei35°C 2000 1500 13XBF_35 Mono_35 1000 Multi_MPV_35 Multi_SH_35 500 0 NutzbareWärmebei40°C 1 600 500 13XBF_40 400 Mono_40 300 Multi_MPV_40 200 Multi_SH_40 100 0 1 NovelSORP 24 Simulation • 1Dund2DModell • Gleichgewichtsbeladung nachDubinin • Matlab – 1D(im Diagrammdargestellt) • Fluent – 2D • 13XBFmiteiner relativenEintrittsfeuchte von55% NovelSORP 25 Conclusio • TemperaturerhöhungwährendderAdsorption <10KfürdasKomposit • Energiedichte Material 13XBF Multi_MPV Mono Energiedichte[MJ/kg] 421,189 378,54 165,09 • NutzbareWärme Material 13XBF Multi_MPV Mono NutzbareWärmebei35°C [kJ/kg] 586,44 333,11 NutzbareWärmebei40°C [kJ/kg] 519,345 264,267 NovelSORP 26 VerwendungvonZeolith/CaCl2 Kompositmaterialfürdie Langzeitspeicherungvon thermischerEnergie FA Anlagentechnik Wien, 5. Dez. 2012 MontanuniversitätLeoben LehrstuhlfürThermoprozesstechnik Franz-Josef-Straße18,8700Leoben [email protected]
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