LDEC Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten neuer Arbeitsstoffe in Liquid Desiccant Systemen zur Raumluftkonditionierung
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Lüftungssysteme mit integrierter Raumluftkonditionierung gewannen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Es ist daher zukünftig notwendig Systeme und Technologien einzusetzen, die gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Energieeffizienz aufweisen und idealerweise erneuerbare Energieträger nutzen. Solche Technologien sind sorptive Systeme zur Raumluftkonditionierung, sogenannte „Desiccant Systeme“ (DEC).
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Ausgangssituation
Gegenüber konventionellen Systemen mit Kompressionskältemaschinen weisen diese Systeme einerseits eine größere Gesamteffizienz, auf was den Primärenergieeinsatz reduziert, andererseits wird zum Antrieb dieser Systeme Niedertemperaturwärme eingesetzt, was deren Stromverbrauch drastisch reduzieren kann. Bei Verwendung regenerativer Energieträger als Antriebswärme sinken dementsprechend auch die CO2 Emissionen. Energetisch besonders günstig sind DEC Systeme mit flüssigen Sorbentien (Liquid DEC Systeme). Trotz der energetischen Vorteile haben sich Liquid DEC Systeme noch nicht am Markt etabliert. Ein Hauptgrund dafür sind Korrosions- und Kristallisationsprobleme aufgrund der derzeit eingesetzten Arbeitsstoffe (Salzlösungen).
Diese fundamentalen Probleme können durch den Einsatz ionischer Flüssigkeiten als neuer Arbeitsstoff überwunden werden. Während der letzten Jahre wurden optimierte ionische Flüssigkeiten für den Einsatz von geschlossenen sorptiven System (Absorptionskältemaschinen) entwickelt, die sich auch für Anwendungen in offenen Systemen eignen. Dieser naheliegende Ansatz wurde bis dato noch nicht näher untersucht und war Gegenstand dieses Projekts.
Projektverlauf
Ein wesentliches Ziel des Projekts bestand darin, die Performance von ionischen Flüssigkeiten für eine Anwendung in Liquid Desiccant Systemen experimentell und durch Simulation zu ermitteln. Zudem wurde eine technisch-wirtschaftliche Analyse eines möglichen Liquid Desiccant Gesamtsystemen durchgeführt.
Meilensteine
- Kickoff- (1a) und Halbjahres-Meetings (1b)
- Publikationen, Präsentationen
- Zwischenbericht (3a) und Endbericht (3b)
- Literaturstudie, Patent und Marktrecherche über die in der Praxis umgesetzten Grundkonzepte von LDEC Systemen
- Detaillierte Bewertung der derzeit bekannten Varianten/Ansätze von LDEC Systemen
- Aufbau einer Laborversuchsanlage für die Vorversuche
- Analyse des Benetzungsverhaltens an unterschiedlichen ebenen Platten
- Bewertung des Verhaltens von ionischen Flüssigkeiten bei unterschiedlichen Düsenkonfigurationen
- Erweiterung des 2D-Codes auf 3D
- Parameterstudie für die ungekoppelten Strömungen
- Störungsrechnung und Erweiterung des Codes
- Ableitung günstiger Arbeitspunkte
- Umbau der Labor Versuchsanlage hinsichtlich Änderungsbedarf und Adaption der Klimakammer
- Evaluierungen der Performance von ionischen Flüssigkeiten
- Bewertung der erhaltenen Versuchsdaten zu der Performance von ionischen Flüssigkeiten und Vergleich mit Simulationsdaten
Ergebnisse
In einem Vergleich zwischen einem Liquid Desiccant-Gesamtsystem mit einem Stand-der-Technik-Gesamtsystem basierend auf Kompressionskältemaschinen am Standort Wien, wurde die Wirtschaftlichkeit im Sommerfall (Entfeuchtung von Luft) untersucht. In Systemsimulationen zeigt sich, dass im untersuchten Liquid Desiccant – System die jährliche elektrische Energieeinsparung ca. 20% beträgt, während die Investitionskosten noch deutlich über den Kosten eines konventionellen Systems liegen. Trotz der geringen Betriebsstunden zur Entfeuchtung in Wien ergibt sich eine Amortisationsdauer von ca. 7 Jahren für ein optimiertes Liquid Desiccant System.
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DI Dr. Johann Emhofer
Johann Emhofer ist seit 2012 am AIT Austrian Institute of Technology, Center for Energy, als Scientist tätig und beschäftigt sich mit Forschungsfragestellungen im Bereich thermischer Energiesysteme mit einem Schwerpunkt auf Absorptions- und Kompressionswärmepumpentechnologien. Vor seiner Tätigkeit beim AIT war er Projektassistent am Atominstitut der Technischen Universität Wien. Herr Emhofer hat das Studium der Technischen Physik absolviert und ein Doktorat in Tieftemperaturphysik erworben. Zusätzlich ist er Lektor am FH Technikum Wien (Erneuerbare Urbane Energiesysteme) und aktives Mitglied des Arbeitskreises Energie der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft.
Univ.Prof. Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. habil. Hendrik Kuhlmann
Hendrik Kuhlmann ist seit 2003 Professor für numerische Strömungsmechanik an der TU Wien. Er promovierte in der Physik bei Manfred Lücke in Saarbrücken. Mit einem Feodor-Lynen-Stipendium der Alexander von Humbold-Stiftung war er Postdoc an der Arizona State University. Dach arbeitete er als Wissenschaftler am Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen. Seine Forschungsschwerpunkte liegen auf dem Gebiet der Hydrodynamische Instabilitäten und dem Übergang zur Turbulenz.
Dipl.-HTL-Ing., B.A. Christof Braunegg
Steckbrief
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Projektnummer83457
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Koordinator
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ProjektleitungJohann Emhofer, johann.emhofer@ait.ac.at
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Partner
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FörderprogrammNeue Energien 2020
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Dauer01.2012 - 07.2016
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Budget483.484 €
