OpenSorp - Offene Absorptions-Speichersysteme zur Beheizung von Wohngebäuden und für Lufttrocknungsanwendungen
Die Luftkonditionierungsanlage wurde 2013 errichtet und besteht unter anderem aus Heiz- und Kühleinheiten sowie einer Dampflanze.
Labor-Teststand zur Vermessung eines Absorbers: Hinten im Bild ist die Luftkonditionierungsanlage, in der Mitte der Absorber und vorne der Behälter für die LiCl-Lösung zu sehen.
Absorberkomponente: Das Sorbens strömt in vertikaler Richtung entlang aufgespannter Textilien; Luft wird im Kreuzstrom dazu (von vorne nach hinten) geleitet.
Absorberkomponente aus Platten sind mit Textilien bespannt.
Ein Rohrbündel-Wärme- und Stoffübertrager dient als Regenerator. Die Kupferrohre sind beschichtet und mit Textilien ummantelt.
Mobile Sorptionsanlage zur Trocknung eines Heuballens. Die Anlage ist in einem Seecontainer (hinten im Bild) installiert.
Mobile Sorptionsanlage
Nahaufnahme einer mobilen Sorptionsanlage:. Zu erkennen sind Absorber, Regenerator, Wärmerückgewinnung, Heizeinheit, Ventilator, 1 m³-LiCl-H2O-Speicher sowie ein Volumenstromsensor (vortex).
Das Lösungskalorimeter dient der Bestimmung der Verdünnungsenthalpie (im Titrationsbetrieb) sowie zur Bestimmung der gesamten freigesetzten Wärme, in Folge der Lösung des Wasserdampfes im Elektrolyten (im Perfusionsbetrieb).
Mit Hilfe dieses Messstandes kann der Dampfdruck in Abhängigkeit der Konzentration und der Temperatur aufgenommen werden. Die Temperatur wird durch ein Badthermostat präzise eingestellt.
Über eine Ionen-Tauschsäule ist es möglich, verschiedene Sorbentien herzustellen und diese anschließend zu untersuchen. Hierdurch kann eine Struktur-Eigenschaftsbeziehung aufgestellt werden.
Die Viskosität spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Benetzung der Textile im Absorber. Mit diesem Rotationsviskosimeter können die neuen Sorbentien unkompliziert vermessen werden.
Skizze eines Sorptionssystems zur Trocknung von landwirtschaftlichen oder industriellen Produkten: Die Umgebungsluft wird im Absorber getrocknet (rechts) und dem Trocknungsgut zugeführt. Die verdünnte Lösung wird mit der Umgebungsluft unter Zufuhr von Wärme regeneriert (links).
Skizze des Absorptionsprozesses: Wasserdampf der Luft wird von dünnen LiCl-Lösungsfilmen absorbiert, die an vertikalen Platten entlang strömen.
Scheme of an absorber made of twin-wall plates. Top: Distribution system of the liquid desiccant solution. Heat can be removed during the absorption process by water that flows through the twin-wall plates.
Mit einem Finite-Differenzen-Modell berechnete Ergebnisse der Phasengrenztemperatur zwischen Sorbensfilm und Luft
Ein- und Austrittstemperaturen und relative Luftfeuchten im zeitlichen Verlauf - Messwerte an einem kleinen Absorber-Modell (Austauschfläche: 4 m²).
Der Dampfdruck im Temperaturbereich zwischen 20 und 30°C wurde mit der abgebildeten Mess-Station aufgenommen.
Ergebnisse der Messungen der Verdünnungswärme aufgetragen gegen die Massenprozent an Elektrolyt in der Lösung
Kurzbeschreibung
Im Rahmen des Projektes OpenSorp wird ein offenes Absorptionssystem für Lufttrocknungsanwendungen und zur Gebäudeklimatisierung entwickelt. Hierbei reicht das Spektrum von der Entwicklung von Systemkonzepten, Konstruktion und Vermessung von Komponenten und Systemen, Entwicklung geeigneter hygroskopischer Flüssigkeiten (Sorbentien) bis hin zur detaillierten Modellierung und Vermessung des Wärme- und Stoffübergangs.
Ein offener Absorptionsprozess besteht aus den Hauptkomponenten Absorber, Regenerator und Speicher, sowie zusätzlichen Wärmeübertragern. Im Absorber wird feuchte Luft mittels einer hygroskopischen Flüssigkeit (z.B. einer Salzlösung) getrocknet und gleichzeitig aufgrund der freiwerdenden Wärme erwärmt. Je nach Anwendung kann anschließend die Luft für Trocknungs- und/oder Heizzwecke verwendet werden.
Die durch Wasseraufnahme verdünnte hygroskopische Flüssigkeit wird nach dem Absorptionsprozess gespeichert und in der Regel zeitversetzt im Regenerator bei höheren Temperaturen mittels Wärmezufuhr z.B. aus thermischen Solaranlagen wieder aufkonzentriert (Wasserabgabe). Dadurch kann Energie in Form einer konzentrierten Flüssigkeit verlustarm über längere Zeiträume gespeichert werden und bei Bedarf durch den Absorber wieder bereitgestellt werden.
Innerhalb des Projektes wurde im Labor eine neue Testumgebung aufgebaut. Diese besteht im Wesentlichen aus einer Luftkonditionierungsanlage, mit welcher definierte Luftzustände bereitgestellt werden können sowie einer Wasserkonditionierungsanlage zur Bereitstellung von Kühl- und Heizwasser. Des Weiteren konnten die Labore mit zusätzlich erforderlicher Messtechnik ausgestattet werden, unter anderem einer Thermographiekamera zur Vermessung von Temperaturfeldern an der Phasengrenze sowie einem Präzisionskalorimeter zur Untersuchung geeigneter hygroskopischer Flüssigkeiten.
Neben der Entwicklung von Einzelkomponenten im Labor konnte im Rahmen des Projektes außerdem eine mobile Versuchsanlage weiterentwickelt werden, die nun flexibel für Entwicklungs- und Demonstrationszwecke eingesetzt werden kann. Diese Anlage wird zunächst für experimentelle Untersuchungen zur Heuballentrocknung an der Staatsdomäne Frankenhausen (bei Kassel) eingesetzt. Es wurden ein Finite-Differenzenmodell sowie Effizienzmodelle zur Beschreibung der Wärme-und Stoffübertragung im Absorber und Regenerator entwickelt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
Laufzeit
09.2012 bis 08.2017
Förderung
Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung
Förderkennziffer: 03SF0444