Die im Rahmen des Verbundvorhabens COOREFLEX-Turbo in AP3.4.1a&b entwickelten komplexen Tu-Modelle zur Berechnung von Wärmeübergängen und Druckverlusten in Kühlkonfigurationen sollen durch eine verbesserte Modellierung stark wirbelbehafteter Innenströmungen ergänzt werden. Zusätzlich zu den klassischen Kühlkanalkonfigurationen sollen auch Konfigurationen mit starken Variationen zwischen engen Teilbereichen mit kleinen Wirbelskalen und großen Räumen mit großen Wirbelskalen untersucht werden. Vorliegende Messungen sollen möglichst realitätsnah, d.h. ohne die weit verbreiteten vereinfachenden Approximationen, auch unter Einsatz von konjugierten Verfahren nachgerechnet werden. Diese Erkenntnisse sollen dann auf reale Bauteile unter typischen Betriebsbedingungen übertragen werden, um die Qualität und Effizienz der Auslegungen zu steigern. Die Prozesskette für die thermische Auslegung und Analyse soll im Sinne 'Robust Design' erweitert werden, um automatisierte bzw. teilautomatisierte Sensitivitätsanalysen durchführen und auswerten zu können. Durch den Einsatz geeigneter Optimierungsverfahren, soll die Durchlaufzeit halbiert werden. Untersuchung vorhandener Vorgehensweisen und Modellansätzen für Konfigurationen mit großen Wirbelstrukturen und großen Längenskalenunterschieden - Auswahl typischer Modellkonfigurationen - Durchführung von Rechnungen mit schrittweise höherwertiger Modellierung - Untersuchung der Einflussfaktoren (Netzfeinheit, Geometrievariationen) Automatisieren der thermischen Analysen für gekühlte Schaufeln zur Durchführung von Sensitivitätsanalysen und Parameterstudien, sowie deren automatisierte Auswertung - Auswahl eines geeignete Optimierungssystems (z.B. Opus, ProSi, ') - Prozessabläufe für Automatisierung anpassen und Testen der Prozessabläufe - Relevante Parameter für die Auswertung identifizieren und festlegen - Koppelung mit dem Optimierungssystem und Automatisierung der Auswertung.
Die Druckverluste raumlufttechnischer Anlagen haben einen signifikanten Einfluss auf den Energiebedarf von Gebäuden. Das Kernziel des Verbundvorhabens ist die Energieeffizienzsteigerung von raumlufttechnischen Anlagen durch eine Optimierung des Druckverlustes der Einzelkomponenten, eine bessere strömungstechnische Abstimmung der Einzelkomponenten aufeinander sowie das Einsparen einzelner Komponenten durch Integration der Funktion in bereits vorhandene Komponenten. Ein weiteres Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung vereinfachter Berechnungsmethoden und die Integration dieser Methoden in einen Rechenkern eines Planungstools. Arbeitspaket AP1: Erfassung der Druckverluste in aktuellen Komponenten: Die Druckverlustbeiwerte von Komponenten und Kombinationen mehrerer Einzelwiderstände werden systematisch in experimentellen Messungen mit elektronischen Präzisions-Mikromanometern bestimmt. AP2: Optimierung von Einzelkomponenten. AP3: Planungswerkzeug zur Bestimmung des Gesamtdruckverlustes: Zusätzlich finden moderne Methoden numerischer Strömungssimulation Verwendung. Neben etablierten Lösungsverfahren wie RANS (Reynolds-Averaged-Navier-Stokes) werden detailliertere Methoden wie LES (Large-Eddy-Simulation) und DNS (Direct-Numerical-Simulation) angewendet. Die Ergebnisse der Strömungssimulation werden durch die experimentellen Messdaten für eine bessere Genauigkeit der Simulation validiert. AP4: Energetische Bewertung der Komponentenoptimierung. AP5: Leitfadenerstellung, Planungswerkzeug und Pilotanlagen. RWTH-Aachen ist schwerpunktmäßig an AP2, AP3 sowie an AP1,4 und AP5 beteiligt.
Es werden Dimensionierungs- und Konstruktionsregeln fuer den als besonders druckverlustarm geltenden Ejektor-Schalldaempfer, der bisher nur als Labormuster zur Verfuegung stand, entwickelt. Die Eigenschaften werden mit denen anderer Druckluftschalldaempfer verglichen und bewertet nach den Kriterien: Schalldaempfung, Stroemungswiderstand, Verschmutzung, Kosten. Der praktische Einsatz in Betrieben wird beobachtet und ausgewertet.
Steigende Energiepreise, die Anforderungen des Klimaschutzes und nicht zuletzt die im März 2001 von der Bundesregierung verabschiedete Energieeinsparungsverordnung lassen Anlagen zur Nutzung der Sonnenenergie immer wichtiger und selbstverständlicher werden. Für die thermische Nutzung der Solarenergie mit dem Prozeßmedium Luft (Luftkollektoren) gibt es auf dem deutschen Markt jedoch nur wenige Anbieter. Die Ergebnisse der Untersuchungen zu den Einsatzmöglichkeiten von Luftkollektoren zeigen, daß bei gründlicher Analyse der Einsatzbedingungen und entsprechender Anlagenplanung ein wirtschaftlicher Betrieb derartiger Anlagen möglich ist. Bei niedrigen Kollektortemperaturen und optimalen Strömungsgeschwindigkeiten können maximale Wirkungsgrade erreicht werden. Aufgrund der relativ niedrigen Prozeßtemperaturen sind Trocknungsprozesse in der Land- und Forstwirtschaft (Getreide- und Heutrocknung, Trocknung von Holzhackschnitzeln) und die kontrollierte Wohnungslüftung bzw. Luftheizung für die solare Lufterwärmung besonders geeignet. Da das solare Angebot nur periodisch zur Verfügung steht, diese Prozesse jedoch kontinuierlich ablaufen, sind zusätzlich konventionelle Wärmeerzeuger oder entsprechende Speicher vorzusehen. Erläuterungen zur Gestaltung und Dimensionierung von Luftkollektoren werden dargelegt. Besondere Bedeutung hat dabei die Gestaltung des Absorbers, der einerseits den solaren Strahlungsbedingungen und andererseits strömungstechnischen Anforderungen genügen muß. Im Ergebnis dieser Untersuchungen und weiterer Optimierungen entstanden mehrere Prototypen. An einem Ausführungsbeispiel wird die Aufstellung der Luftkollektoren auf einem Schrägdach dargestellt Die messtechnischen Untersuchungen an den Prototypen erfolgten an einem zu diesem Zweck errichteten Outdoor-Versuchsstand. Es wurden Kennlinien für den Wirkungsgrad und den Druckverlust der Prototypen ermittelt. Hinweise für die Auslegung und Anordnung der Luftkollektoren werden auf der Grundlage der ermittelten Kollektorkennlinien gegeben. Die flächenbezogene Masse (25 kg/m2) und die geometrischen Abmessungen (Kollektorlänge L = 2,5 m und Breite B = 1,0 m) des Prototypkollektors liegen im Bereich von handelsüblichen Wasserkollektoren und garantieren damit die erforderliche Montagefreundlichkeit. Erste Kostenschätzungen für eine Kleinserie von 100 Kollektoren ergeben einen Stückpreis von etwa 1000,- DM. Für KMU bietet der Einstieg in die Luftkollektorherstellung die Möglichkeit, mit relativ geringen Investitionen in Werkzeuge (keine teuren Spezialwerkzeuge), einer einfachen Herstellungstechnologie und unter Verwendung von handelsüblichen Ausgangsmaterialien eine ausbaufähige Position auf dem Solarmarkt zu etablieren.
Es wurden experimentelle Untersuchungen an 20 Waermeuebertragermodellen mit Ovalrohr bei verschiedenen Rohranordnungen und Lamellenteilungen durchgefuehrt. Die Messungen von Waermeleistung und Druckverlust erfolgten am bestehenden Waermeuebertragerpruefstand. Der aeussere Waermeuebergang wurde berechnet, die Ergebnisse in Diagrammen dargestellt.