MODELING OF THE PHASE CHANGE MATERIAL OF A HYBRID STORAGE USING THE FINITE ELEMENT METHOD

Um die Effizienz energieintensiver Industrieprozesse zu erhöhen, wird vermehrt auf thermische Speicher zurückgegriffen. Vor allem Latentwärmespeicher, welche die hohe Speicherdichte von Phasenwechselmaterial nutzen, werden heute vermehrt in der Industrie eingesetzt.
Eine neuartige Methode, um die Effizienz von vielverwendeten Ruths-Dampfspeichern zu erhöhen, wird derzeit im Projekt „HyStEPs“ verfolgt, das von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) unter der Grant-Nummer 868842 teilfinanziert wird. Dieses Konzept beschreibt die Ummantelung bestehender Dampfspeicher mit Phasenwechselmaterial.
In dieser Diplomarbeit wurde ein zweidimensionales Finite-Elemente-Modell des Phasenwechselanteils im „HyStEPs“-Hybridspeicher entwickelt. Die Apparent-Heat-Capacity-Methode wurde in einer MATLAB-Implementierung angewendet, wobei sowohl Wärmeleitung als auch natürliche Konvektion berücksichtig werden. Mit dem erfolgreich validierten Code ist es außerdem möglich, jede beliebige Materialstruktur in einer rechteckigen Anordnung zu simulieren.
Im Rahmen einer Parameterstudie wurde das Verhalten des Phasenwechselanteils für verschiedene Dimensionierungen und Orientierungen untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass der Einfluss von natürlicher Konvektion während des Beladens des Speichers deutlich von der Orientierung abhängt, während diese im Entladevorgang vernachlässigbar ist.