Anorganische Salzhydrate sind aufgrund ihrer hohen spezifischen Schmelzwärmen als Phase-Change-Materials(PCM) für Latentwärmespeicher favorisiert. Die Unterkühlung der Salzhydratschmelzen stellt oftmals ein besonderes Problem bei technischen Anwendungen dar. Erstmalig wurden kombinatorische Methoden zur strukturell unspezifischen Suche nach Keimbildnern genutzt. Das hier entwickelte Verfahren erlaubt es, thermische Kristallisationseffekte zwischen 10°C und 170°C zu untersuchen. Bis zu 2025 Materialkombinationen können sowohl parallel synthetisiert als auch analysiert werden. Die Synthese der Keimbildner erfolgte durch Verhältnisvariation gelöster Salze mittels automatisierter Dosierung auf Trägerplatten und anschließendem Tempern. Die aktiven Kombinationen wurden durch zeitaufgelöste Thermographie identifiziert. Die Schlüssigkeit des gesamten Verfahrens konnte durch das erfolgreiche Screening zweier PCM mit unterschiedlichen Schalttemperaturen (NaCH3COO*3H2O; Fp=58°C und LiNO3*3H2O; Fp=29°C) nachgewiesen werden.

Es wird ermittelt, welches Volumen Wasserspeicher besitzen müssen, die bei der ausschließlichen Wärmeversorgung von Häusern mit Wärme, die mit Hilfe von Solarkollektoren gewonnen wird, Wärme im Sommer einspeichern und im Winter entspeichern. Den Berechnungen liegen Messungen über die nutzbare Solarwärme zugrunde. Betrachtet werden Wohnhäuser mit Erdgeschoss und Dachgeschoss mit Wohnflächen von 115 m2, 150 m2 und 200 m2. Die spezifischen Wärmeverbräuche der Gebäude liegen zwischen 175 und 50 kWh/(m2.Jahr). Die Solarkollektorflächen variieren zwischen 9 m2 und 100 m2. Die Speicherfähigkeit des Wassers definierende Temperaturspreizung in den Speichern zwischen kalter Seite unten und warmer Seite oben beträgt einmal 50 K und zum anderen 60 K. Es werden Speicherwirkungsgrade von 100%, 90% und 80% zugrunde gelegt. Im günstigsten Fall errechnen sich für drei Hausgrößen von 115 m2, 150 m2 und 200 m2 Wasserspeicher Volumina von 5,7 m3, 6,25 m3 bzw. 8 m3.

Anorganische Salzhydrate sind aufgrund ihrer hohen spezifischen Schmelzwärmen als Phase-Change-Materials(PCM) für Latentwärmespeicher favorisiert. Die Unterkühlung der Salzhydratschmelzen stellt oftmals ein besonderes Problem bei technischen Anwendungen dar. Erstmalig wurden kombinatorische Methoden zur strukturell unspezifischen Suche nach Keimbildnern genutzt. Das hier entwickelte Verfahren erlaubt es, thermische Kristallisationseffekte zwischen 10°C und 170°C zu untersuchen. Bis zu 2025 Materialkombinationen können sowohl parallel synthetisiert als auch analysiert werden. Die Synthese der Keimbildner erfolgte durch Verhältnisvariation gelöster Salze mittels automatisierter Dosierung auf Trägerplatten und anschließendem Tempern. Die aktiven Kombinationen wurden durch zeitaufgelöste Thermographie identifiziert. Die Schlüssigkeit des gesamten Verfahrens konnte durch das erfolgreiche Screening zweier PCM mit unterschiedlichen Schalttemperaturen (NaCH3COO*3H2O; Fp=58°C und LiNO3*3H2O; Fp=29°C) nachgewiesen werden.

Es wird ermittelt, welches Volumen Wasserspeicher besitzen müssen, die bei der ausschließlichen Wärmeversorgung von Häusern mit Wärme, die mit Hilfe von Solarkollektoren gewonnen wird, Wärme im Sommer einspeichern und im Winter entspeichern. Den Berechnungen liegen Messungen über die nutzbare Solarwärme zugrunde. Betrachtet werden Wohnhäuser mit Erdgeschoss und Dachgeschoss mit Wohnflächen von 115 m2, 150 m2 und 200 m2. Die spezifischen Wärmeverbräuche der Gebäude liegen zwischen 175 und 50 kWh/(m2.Jahr). Die Solarkollektorflächen variieren zwischen 9 m2 und 100 m2. Die Speicherfähigkeit des Wassers definierende Temperaturspreizung in den Speichern zwischen kalter Seite unten und warmer Seite oben beträgt einmal 50 K und zum anderen 60 K. Es werden Speicherwirkungsgrade von 100%, 90% und 80% zugrunde gelegt. Im günstigsten Fall errechnen sich für drei Hausgrößen von 115 m2, 150 m2 und 200 m2 Wasserspeicher Volumina von 5,7 m3, 6,25 m3 bzw. 8 m3.

Zeolithgranulate sind etablierte Materialien für die Speicherung von Wärme mittels Wassersorption. Eine Erhöhung der Wärmespeicherdichte des Granulats ist durch Kombination mit hygroskopischen Salzen wie Calciumchlorid, Magnesiumchlorid oder Magnesiumsulfat möglich. In der vorliegenden Dissertation wird gezeigt, dass die Wär-mespeichereigenschaften derartiger Komposite von der Deliqueszenzluftfeuchte des Salzes, von der Salzbeladung und von der Luftfeuchte bei der Wassersorption abhängen. Liegt die Luftfeuchte unterhalb der Deliqueszenzluftfeuchte des Salzes, so nehmen Was-serbeladungshub, Wärmespeicherdichte und thermische Leistung mit steigender Salz-beladung um bis zu 71 % ab. Dies wird darauf zurückgeführt, dass Salzionen in die Mik-roporen des Zeoliths inkludiert werden und das für die Wassersorption zur Verfügung stehende Volumen verringern. Unterhalb der Deliqueszenzluftfeuchte ist das einge-brachte Salz daher thermochemisch inaktiv. Oberhalb der Deliqueszenzluftfeuchte und oberhalb einer salz- und luftfeuchteabhängigen Mindestsalzbeladung kommt es zur Ausbildung einer Salzlösung im Sekundärporensystem des Granulats. Die Absorption von Wasserdampf in der Salzlösung führt gegenüber dem salzfreien Granulat zu einer Steigerung von Wasserbeladungshub und Wärmespeicherdichte um bis zu 53 %. Dies geht jedoch einher mit einer Verringerung der thermischen Leistung um bis zu 50 %. Die Hydratation von kristallinem Salz im Granulat spielt gegenüber Salzinklusion und Ausbildung der Salzlösung nur eine untergeordnete Rolle. Die aus den experimentellen Befunden abgeleiteten Erkenntnisse konnten in ein semiempirisches mathematisches Modell überführt werden, welches den Wasserbeladungshub der Komposite quantitativ beschreibt. / Zeolite beads are established materials for the storage of heat by water sorption. An increase of the heat storage density of the beads is possible via the combination with hygroscopic salts. In this thesis it is shown, that the heat storage properties of compo-sites of this kind depend in a complex manner on the deliquescence humidity of the salt, on the salt loading, and on the humidity during water sorption. When the humidity is below the deliquescence humidity of the salt, water loading lift, heat storage density, and thermal power are reduced by up to 71 % with increasing salt content. This is at-tributed to the inclusion of salt into the micropores of the zeolite and the reduction of the volume available for the sorption of water. Thus, below the deliquescence humidity, the salt is thermochemically inactive. Above the deliquescence humidity and above a salt- and humidity-dependend minimum salt loading, a salt solution is formed in the secondary pore system of the beads. The absorption of water vapor in the salt solution gives rise to an increase of the water loading lift and of the heat storage density by up to 53 %, compared to the salt-free zeolite beads. However, this is accompanied by a reduc-tion of the thermal power output by up to 50 %. The hydration of crystalline salt in the beads is only of minor importance for the composites. The findings from the experi-mental work were transferred into a semi-empirical mathematical model, which de-scribes the water loading lift of the composites.

Das thermische Raummodell THERAKLES berechnet das dynamische Verhalten eines Raumes und seiner Umschließungsflächen in Abhängigkeit von realistischen Klimarandbedingungen, sowie Nutzer- und Anlagenverhalten. Neben Energieverbrauchswerten werden die operative Temperatur sowie weitere Kriterien zur Beurteilung der Behaglichkeit berechnet. Schwerpunkt der Anwendung liegt auf Optimierung der thermischen Behaglichkeit im Sommerfall, sowie energetischer Optimierung der Regelung von Heizungsanlagen unter Ausnutzung der Dynamik schwerer Baukonstruktionen und Massivbauwände. Das Modell beschreibt das dynamische Verhalten der Umfassungskonstruktionen durch instationäre, räumlich aufgelöste Simulation der Wand-, Fußboden-, und Decken- bzw. Dachflächen. Dadurch werden in der Konstruktion enthaltene Phasenwechselmaterialien (PCM) berücksichtigt und die zeitliche Verfügbarkeit der zusätzlichen Wärmespeicherfähigkeit abgebildet.

Zeolithgranulate sind etablierte Materialien für die Speicherung von Wärme mittels Wassersorption. Eine Erhöhung der Wärmespeicherdichte des Granulats ist durch Kombination mit hygroskopischen Salzen wie Calciumchlorid, Magnesiumchlorid oder Magnesiumsulfat möglich. In der vorliegenden Dissertation wird gezeigt, dass die Wär-mespeichereigenschaften derartiger Komposite von der Deliqueszenzluftfeuchte des Salzes, von der Salzbeladung und von der Luftfeuchte bei der Wassersorption abhängen. Liegt die Luftfeuchte unterhalb der Deliqueszenzluftfeuchte des Salzes, so nehmen Was-serbeladungshub, Wärmespeicherdichte und thermische Leistung mit steigender Salz-beladung um bis zu 71 % ab. Dies wird darauf zurückgeführt, dass Salzionen in die Mik-roporen des Zeoliths inkludiert werden und das für die Wassersorption zur Verfügung stehende Volumen verringern. Unterhalb der Deliqueszenzluftfeuchte ist das einge-brachte Salz daher thermochemisch inaktiv. Oberhalb der Deliqueszenzluftfeuchte und oberhalb einer salz- und luftfeuchteabhängigen Mindestsalzbeladung kommt es zur Ausbildung einer Salzlösung im Sekundärporensystem des Granulats. Die Absorption von Wasserdampf in der Salzlösung führt gegenüber dem salzfreien Granulat zu einer Steigerung von Wasserbeladungshub und Wärmespeicherdichte um bis zu 53 %. Dies geht jedoch einher mit einer Verringerung der thermischen Leistung um bis zu 50 %. Die Hydratation von kristallinem Salz im Granulat spielt gegenüber Salzinklusion und Ausbildung der Salzlösung nur eine untergeordnete Rolle. Die aus den experimentellen Befunden abgeleiteten Erkenntnisse konnten in ein semiempirisches mathematisches Modell überführt werden, welches den Wasserbeladungshub der Komposite quantitativ beschreibt. / Zeolite beads are established materials for the storage of heat by water sorption. An increase of the heat storage density of the beads is possible via the combination with hygroscopic salts. In this thesis it is shown, that the heat storage properties of compo-sites of this kind depend in a complex manner on the deliquescence humidity of the salt, on the salt loading, and on the humidity during water sorption. When the humidity is below the deliquescence humidity of the salt, water loading lift, heat storage density, and thermal power are reduced by up to 71 % with increasing salt content. This is at-tributed to the inclusion of salt into the micropores of the zeolite and the reduction of the volume available for the sorption of water. Thus, below the deliquescence humidity, the salt is thermochemically inactive. Above the deliquescence humidity and above a salt- and humidity-dependend minimum salt loading, a salt solution is formed in the secondary pore system of the beads. The absorption of water vapor in the salt solution gives rise to an increase of the water loading lift and of the heat storage density by up to 53 %, compared to the salt-free zeolite beads. However, this is accompanied by a reduc-tion of the thermal power output by up to 50 %. The hydration of crystalline salt in the beads is only of minor importance for the composites. The findings from the experi-mental work were transferred into a semi-empirical mathematical model, which de-scribes the water loading lift of the composites.

Das thermische Raummodell THERAKLES berechnet das dynamische Verhalten eines Raumes und seiner Umschließungsflächen in Abhängigkeit von realistischen Klimarandbedingungen, sowie Nutzer- und Anlagenverhalten. Neben Energieverbrauchswerten werden die operative Temperatur sowie weitere Kriterien zur Beurteilung der Behaglichkeit berechnet. Schwerpunkt der Anwendung liegt auf Optimierung der thermischen Behaglichkeit im Sommerfall, sowie energetischer Optimierung der Regelung von Heizungsanlagen unter Ausnutzung der Dynamik schwerer Baukonstruktionen und Massivbauwände. Das Modell beschreibt das dynamische Verhalten der Umfassungskonstruktionen durch instationäre, räumlich aufgelöste Simulation der Wand-, Fußboden-, und Decken- bzw. Dachflächen. Dadurch werden in der Konstruktion enthaltene Phasenwechselmaterialien (PCM) berücksichtigt und die zeitliche Verfügbarkeit der zusätzlichen Wärmespeicherfähigkeit abgebildet.