Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung von Abtaumethoden bei Lüftkühlern hinsichtlich Energieeffizienz und Lebenszykluskosten mittels experimenteller und numerischer Methoden (OptiAbt)

In diesem Projekt soll untersucht werden, wie die Abtauung von vereisten Luftkühlern optimal gestaltet werden kann. Die Entstehung von Reif bei der Luftkühlung an den Lamellen eines Luftkühlers ist unvermeidlich, wenn die Lufttemperatur unter die Temperatur des Taupunkts abgesenkt werden soll. Um die Energieeffizienz zu erhöhen und die Lebenszykluskosten zu senken, bietet die Optimierung der Abtaumethoden und der Abtauprozedur hohes Potential.

Das periodische Abtauen von Luftkühlern verursacht hohe Betriebskosten und bietet Spielraum für eine energetische, ökonomische und ökologische Optimierung der Anlage. Durch experimentelle und numerische Untersuchungen soll der gesamte Betriebszyklus bestehend aus Kühl- und Abtauprozess abgebildet und nachstehend mit einem entwickelnden Modell optimiert werden.

Gestützt auf den experimentellen und numerischen Ergebnissen soll ein einfaches Planungswerkzeug entwickelt werden, das die Lebenszykluskosten der Abtaumethode inklusive Betriebs- und Investitionskosten berücksichtigt. Mit diesem Werkzeug sollen Planer und Anlagenbauer – meist KMU – die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Anlagentypen auf Basis einer Lebenszyklusanalyse bewerten können. Besonderer Bestandteil dieser Analyse ist der zyklische Abtauprozess, der sich signifikant in den Betriebskosten der Anlage wiederspiegelt.

Da die Planung der technischen Gebäudeausrüstung in Deutschland hauptsächlich durch kleine und mittelständische Unternehmen erfolgt und auch die Herstellung der Komponenten von Kälteanlagen sowie der abschließende Einbau durch die Anlagenbauer ebenfalls vielfach durch KMU abgedeckt wird, kommt dieses Projekt den KMU besonders zu Gute.

Die sinkenden Betriebs- und/oder Investitionskosten durch Anwendung des Planungswerkzeugs senken die Hemmschwelle der Betreiber für Neu- bzw. Ersatzinvestitionen, wodurch der Umsatz der KMU weiter gesteigert werden kann.

Ergebniszusammenfassung:

Thema: Optimierung von Abtaumethoden bei Luftkühlern hinsichtlich der Energieeffizienz und Lebenszykluskosten mittels experimenteller und numerischer Methoden.

Ziel dieses Forschungsvorhabens war, anhand von experimentellen und begleitenden numerischen Untersuchungen eine verbesserte Grundlage für die Auslegung und den Betrieb von Luftkühlern zu schaffen. Durch die gleichzeitige simulative Betrachtung und experimentelle Absicherung konnte ein valides Simulationsmodell erstellt werden, mit dem nun Effekte isoliert voneinander untersucht werden können, die in Experimenten eigentlich nur gekoppelt auftreten.

Im Rahmen der Weiterentwicklung der Bereifungsmethoden konnte gezeigt werden, dass der Hauptwiderstand gegen Wärmeübertragung in bereiften Luftkühlern nicht allein durch die verminderte Wärmeleitfähigkeit porösen Reifs getrieben ist, sondern viel mehr durch die Einschnürung des Strömungsquerschnittes der Luft und der damit einhergehenden Erhöhung des Strömungswiderstands.

Zu den auf experimenteller Seite angestrebten Forschungsergebnissen gehörte der energetische Vergleich unterschiedlicher Abtaumethoden sowie die Entwicklung einer wohldefinierten Regelungsstrategie zur Initiierung und zur Terminierung des Abtauvorgangs. Im Rahmen des Projektes wurden die Abtaumethoden hinsichtlich energetischer Effizienz verglichen. Es konnte eine eindeutige Effizienzreihenfolge festgestellt werden, die unabhängig von Umgebungsbedingungen ist. Darüber hinaus wurde untersucht, ob sich Niedrigtemperaturabwärme (Warmsoleabtauung) zur Abtauung eignet. Es konnte gezeigt werden, dass bereits ab Vorlauftemperaturen von 30°C ähnliche Effizienzen wie bei der herkömmlichen Abtauung mittels Heizstäben erreicht werden.