Projekte

Grüne Energie aus Reststoffen

Aufgrund der zunehmenden Knappheit fossiler Brennstoffe ist der Ausbau der Versorgungsnetze aus erneuerbaren Energiequellen eine der wichtigsten Auf-gaben des 21. Jahrhunderts. Da Photovoltaik- und Windenergie einer stark schwankenden Verfügbarkeit unterliegen, muss die Versorgungssicherheit der Energienetze durch weitere Energie-quellen gewährleistet werden, zu denen auch die energetische Nutzung von Biomasse in Vergasungsprozessen zählt.

Während der pyrolytischen Zersetzung zwischen 200 und 400°C entstehen in solchen Prozessen sogenannte Teere, eine Mischung aus verschiedenen, teilweise aromatischen Kohlenwasserstoffen. Eine zu hohe Verunreinigung des Produktgases mit derartigen Stoffen verschmutzt und beschädigt nachfolgende Prozesskomponenten, weshalb eine aufwendige Gasreinigung unumgänglich ist und den Prozess unwirtschaftlich macht.

Eine neuartige Technologie, entwickelt vom Industriepartner WS Wärmeprozesstechnik GmbH, soll die Teerbelastung im Produktgas durch die Adsorption an prozessinternen Stoffen deutlich reduzieren. Für die Erforschung dieser Technologie wird am iwe eine Versuchsanlage aufgebaut und mit numerischen Modellen abgeglichen.

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Energieautarke Gebäude

Im Rahmen der Energiewende stellt der Ausbau energieautarker Gebäude ein wichtiges Standbein in der Versorgung mit erneuerbaren Energien dar. Zur Sicherstellung der Wärmeversorgung im Winter werden Eisspeicher als zusätzliche Wärmequelle zu Absorbern in Wärmepumpensystemen genutzt. Durch die Optimierung des Vereisungsvorganges soll die Speicherausnutzung verbessert werden.

Mit Hilfe des CFD-Simulationsprogrammes ANSYS Fluent® wird ein 2D-Modell-Eisspeicher modelliert und mit unterschiedlichen Wärmeübertragergeometrien ausgestattet. Ausgangspunkt ist eine spiralförmige Wärmeübertragergeometrie, welche in ähnlicher Form in aktuellen Eisspeichersystemen Anwendung findet.

Im nächsten Schritt wird der spiralförmige Wärmeübertrager durch einen sternförmigen Aufbau ersetzt. Hierbei ist die Übertragerfläche geringer und es wird demnach mit einer größeren Leistung pro Quadratmeter Wärme entzogen.

Zur Validierung der Simulationsergebnisse wird ein Teststand aufgebaut, an welchem die unterschiedlichen Wärmeübertragergeometrien vermessen werden. Anhand der Ergebnisse von Simulation und Versuchen wird die optimierte Wärmeübertragergeometrie in kommerzielle Eisspeichersysteme übertragen.

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Heiß aus Eis

Die Forschung an Systemen zur autarken Energieversorgung muss sich aufgrund immer besserer Dämmstandards in Zukunft nicht nur den Herausforderungen der Wärme- und Stromversorgung, sondern auch denen der Kälteversorgung von Gebäuden stellen.

Mit einem solaren Eisspeichersystem gekoppelte Wärmepumpen können neben der Heizlast im Winter auch die Kühllast im Sommer abdecken.

Die latente Wärme wird durch einen Eisspeicherbehälter bereitgestellt. Dieser wird mit Wasser gefüllt und der Wärme-pumpe als Primärquelle zur Verfügung gestellt.

Mittels einer Wärmepumpe wird dem Wasser der sensible Wärmeanteil bis zur Soliduslinie entzogen. Durch weitere Abkühlung gefriert das Wasser und der latente Wärmeanteil wird frei.

Der Wärmeentzug und der Wärmeeintrag kann bei aktuellen solaren Eisspeichersystemen durch verschiedene Arten von Wärmeübertragergeometrien durchgeführt werden.

Bei dem, durch die AiF geförderten, ZIM-Projekt (FKZ: ZF4084701ST5) werden handelsübliche solare Eisspeichersysteme untersucht und deren Leistungsfähigkeit abgeschätzt. Weiterhin werden zusammen mit den Industriepartnern neue Wärmeübertragergeometrien erforscht, um den Wärmeeintrag in einen Eisspeicher zu verbessern.

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Green Hospital

Der Ersatzneubau des Helmut-G.-Walter Klinikums soll als Vorzeigeobjekt hinsichtlich ökonomischer und ökologischer Nachhaltigkeit dienen. Das Gebäude wird nach den Richtlinien des DGNB zertifiziert.

Die wissenschaftliche Begleitung zum Aufbau eines Energie- und Anlagenmonitorings wird von den Hochschulen Hof und Coburg, sowie der Universität Bayreuth durchgeführt.

Im Rahmen des Projektes wird ein Energie-Monitoring-Konzept auf Gebäude- und Anlagenebene durchgeführt. Das Monitoring ist Bestandteil der Zertifizierung nach DGNB.

Mit Hilfe des Simulationstools MATLAB Simulink und der Toolbox Carnot werden die Wärme- bzw. Kälteerzeugung und -verteilung des Gebäudes simuliert. Anhand der Simulationen können Optimierungsmöglichkeiten der Anlagentechnik abgeleitet werden.

Denkbar sind Optimierungsmöglichkeiten hinsichtlich Brennstoffverbrauch,

CO2-Ausstoß oder auch nach den Betriebskosten.

Das vom Landkreis Lichtenfels beauftragte Projekt mit einer Laufzeit von 2015 bis 2020 soll dazu dienen, Erkenntnisse für den Bau bzw. die Sanierung weiterer Kliniken zu gewinnen, sowie Richtlinien zum Aufbau und der Durchführung eines Energiemonitorings im Krankenhaus zu entwickeln.

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