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Stratisorp-Systementwicklung: Schichtspeicher-Adsorptionswärme für Heiz- und Kühlanwendungen in Gebäuden

Volltext

Beschreibung

Adsorptionswärmepumpen und -kältemaschinen werden bisher überwiegend nach Verfahren betrieben, die thermodynamisch noch ein großes Verbesserungspotenzial aufweisen. Die Arbeitszahlen der Wärme- und Kälteerzeugung könnten also (je nach eingesetztem Arbeitsstoffpaar und Temperaturbedingungen der Anwendung) signifikant gesteigert werden, wenn Prozessführungen mit verringerten thermodynamischen Irreversibilitäten entwickelt werden. Hier setzte das Vorhaben "Stratisorp-Systementwicklung" an. In einem Vorläufer-Projekt ("Stratisorp", BWPLUS-Vorhaben BWE 27005) konnte bereits in numerischen Simulationsstudien gezeigt werden, dass durch die Integration eines thermischen geschichteten Speichers in den Adsorptionszyklus die Entropieerzeugung infolge der Kopplung des Adsorbers an die Wärmequelle und -senke deutlich verringert werden kann und in bestimmten Fällen eine deutliche Steigerung des COP (Coefficient of Performance) gegenüber Standardzyklen möglich ist.

Der Schichtspeicher dient dabei der internen Wärmerückgewinnung im Adsorptionszyklus: Während der Adsorption freiwerdende Wärme aus dem Adsorber wird im Schichtspeicher "temperaturrichtig" gespeichert (zunächst bei hoher, im Verlauf des Adsorptionshalbzyklus dann bei immer niedrigerer Temperatur). Der für die folgende Desorption nutzbare Anteil dieser Wärme wird dem Speicher wiederum "temperaturrichtig" entnommen (zunächst bei niedriger, im Verlauf des Desorptionshalbzyklus dann bei immer höherer Temperatur). Der für die Desorption nicht nutzbare Anteil der Adsorptionswärme wird an eine Mitteltemperatur-Wärmesenke abgegeben (im Heizfall ist dies Nutzwärme, im Kühlfall Rückkühlwärme). Die für die Desorption zusätzlich benötigte Wärme im höheren Temperaturbereich wird durch eine externe Wärmequelle zur Verfügung gestellt (die ebenfalls den Schichtspeicher zur zeitlichen Pufferung ihrer bereitgestellten Wärme nutzen kann).

Im Vorläuferprojekt "Stratisorp" war ebenfalls bereits gezeigt worden, dass Adsorber auf Basis neuester Technologie (Adsorbens-Metall-Komposite), die sich aktuell noch in Entwicklung befinden, besonders stark vom Stratisorp-Zyklus profitieren können: Solche Adsorber mit extrem hohem spezifischen Wärmeübertragungsvermögen (U · A/V ) können besonders gut mit kleinen treibenden Temperaturdifferenzen (Fluid -Adsorbens) betrieben werden und trotzdem noch hohe Nutzleistungen liefern. Dementsprechend zeigen diese Adsorber mit dem Stratisorp-Zyklus die größte Effizienzsteigerung gegenüber dem Standardzyklus.

Im Nachfolgeprojekt "Stratisorp-Systementwicklung" sollte nun ein experimenteller Nach¬weis der Effizienzsteigerung durch den Stratisorp-Zyklus erbracht werden und zugleich untersucht werden, inwieweit aktuell marktverfügbare Adsorber ebenfalls vom Stratisorp-Zyklus profitieren können. Simulationsmodelle sollten validiert werden und für eine Analyse der Anwendungspotenziale des Zyklus in verschiedenen Fällen wie Solares Kühlen, Gaswärmepumpe oder KWKK genutzt werden.

Metadaten

TitelStratisorp-Systementwicklung: Schichtspeicher-Adsorptionswärme für Heiz- und Kühlanwendungen in Gebäuden 
Stand 2015 
Seitenzahl61 
Förderkennzeichen ZO3E11001

 

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