THEKLA - ThermoElektrische Kühlwand mit Aktiver Speicherung



Laufzeit 10/2015 - 03/2019
Verantwortlich Prof. Dr.-Ing. Sabine Hoffmann
Projektbeteiligte Mathias Kimmling, Sabine Hoffmann
Projektart Promotionsarbeit

Die thermisch aktivierte Stellwand ist eine Entwicklung im Bereich des „Personalized Environment“. Darunter sind dezentrale Geräte mit Heiz- und Kühlfunktion zu verstehen, die lokal am Aufenthaltsort für thermischen Komfort sorgen und von jeder Person für sich individuell gesteuert werden können.

Thekla – thermoelektrische Kühlwand mit aktiver Speicherung – ist eine prototypische Entwicklung, bei der eine mobile Stellwand, die flexibel am Arbeitsplatz aufgestellt werden kann, mit Peltier-Elementen zur Kühlung ausgestattet wird. Die kalte Fläche erhöht den Wärmeverlust des Körpers einer Person an die Umgebung. Dies wird in einer warmen Umgebung, z.B. in einem überhitzten Büro im Sommer, als äußerst angenehm empfunden. Die bei der thermoelektrischen Kühlung entstehende Abwärme wird in einem rückseitig angebrachten Phasenwechsel-Material (engl.: Phase Change Material – PCM) gespeichert, das über Nacht passiv oder aktiv regeneriert werden kann.

Ein erster Prototyp (Thekla 1) mit Peltier-Elementen zeigte bereits das gewünschte verringerte Wärmeempfinden der Testpersonen. Damit konnte die Wirksamkeit des Ansatzes nachgewiesen werden. Inzwischen wird ein weiterentwickelter Prototyp (Thekla 2) mit integriertem Wärmekreislauf und -Speicher in Versuchsreihen eingesetzt, um Daten für die thermodynamische Evaluation und Auslegung des PCM-Speichers zu erheben.

Auf Basis dieser Daten wird im Frühjahr 2018 der finale Prototyp (Thekla 3) mit PCM aufgebaut, welcher anschließend in einer umfangreichen Probandenstudie eingesetzt wird. Darin werden Temperatureinstellungen und ihre Auswirkung auf die thermische Behaglichkeit von Testpersonen untersucht. Die thermisch aktive Fläche ist dabei in drei Zonen unterteilt, die voneinander unabhängig über eine App gesteuert werden können. Umfangreiche Sensorik in der Stellwand ermöglicht eine genaue Protokollierung der Umgebungs- und Betriebsbedingungen und liefert die notwendigen Daten für die finale Simulation der Gesamt-Energiebilanz. Das Nutzerverhalten wird aufgezeichnet und thermisches Empfinden und thermischer Komfort werden als wichtiges Nutzerfeedback kontinuierlich abgefragt.

Die simulationsbasierte Analyse der Energiebilanz des Systems bildet zusammen mit den Ergebnissen der Probandenstudie die Grundlage der finalen Bewertung des Ansatzes. Die Bewertung wird voraussichtlich im Frühjahr 2019 fertiggestellt.

Publikationen:

Kimmling, Mathias and Sabine Hoffmann. 2017. "Influence of PV-powered thermoelectric surfaces for user-individual radiative cooling on the cooling energy demand of buildings." In Proceedings of the 11th Nordic Symposium on Building Physics (NSB), Trondheim, Norway, June 2017.

Kimmling, Mathias and Sabine Hoffmann. 2017. "Preliminary study of thermal comfort in buildings with PV-powered thermoelectric surfaces for radiative cooling." In Proceedings of the Improving Residential Energy Efficiency International Conference (IREE), Wollongong, Australia, February 2017.

Kimmling, Mathias and Sabine Hoffmann. 2016. "Development of a PV-powered thermoelectric partition for user-individual radiative cooling in office buildings." In Proceedings of the 5th Indonesia renewable energy and conservation energy summit (IRES), Jakarta, Indonesia, September 2016.

Zurück