Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines effizienten Langzeitwärmespeichers für die Gebäudebeheizung in Ein- und Mehrfamilienhäusern. Das Projekt ist ein direktes Nachfolgeprojekt des Verbundprojekts CWS (FKZ 0327468B). Die dort erarbeiteten und im Labor erprobten Verfahren zur Langzeitwärmespeicherung werden weiterentwickelt und in einer Demonstrationsanlage umgesetzt. Durch den Einsatz von hocheffizienten chemisch-sorptiven Speichermaterialien (Komposite aus zeolithischen Trägern und Salzen), die innerhalb dieses Projekts optimiert und hergestellt werden, können deutlich höhere Speicherdichten bei kompakten Speichervolumina erzielt werden, als dies bei Wasserspeichern möglich ist. Am Ende dieses Forschungsvorhabens ist ein Demonstrator eines chemisch-sorptiven Wärmespeichers verfügbar, welcher in die vorindustrielle Produktentwicklung überführt und in den Markt eingeführt werden kann. Arbeitsschwerpunkte sind: - Erarbeitung bzw. Weiterentwicklung verfahrenstechnischer Konzepte zur Einbindung eines Langzeitwärmespeichers in unterschiedliche Anlagenkonzepte (Solarthermie, Photovoltaik, Kraft-Wärme-Kopplung) und Bewertung anhand von Simulationsstudien und Referenzszenarien - technische Umsetzung und Erprobung des Verfahrens am Beispiel einer thermischen Solaranlage mit Langzeitwärmespeicher (sowohl im Labor, als auch im Rahmen einer Demonstrationsanlage) - Entwicklung und Optimierung der Speichermaterialien hinsichtlich Sorptionskapazität, Kinetik, Langzeitstabilität sowie Erarbeitung von Prozessen zur industriellen Herstellung der Speichermaterialien.
Die Nutzung von chemischen oder Sorptionswärmepumpen ist bislang eine kaum verwendete Möglichkeit, fossile Energieträger durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme zu substituieren. Kernprobleme in der Anwendung sind momentan die Gewährleistung eines ausreichenden Wärme- und Stofftransportes sowie die Vermeidung von Agglomerationen der Arbeitsmedien. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung neuer Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen, die mit Metallsalzen als reaktives Arbeitsmedium beladen werden. Das Teilprojekt am Fraunhofer IFAM Dresden beschäftigt sich vor allem mit der Auslegung, Auswahl und Herstellung der porösen metallischen Trägerstrukturen sowie der wärme- und strömungstechnischen Charakterisierung der Metall-Metallsalz-Verbünde. Die Metallstrukturen werden dabei pulver- bzw. schmelzmetallurgisch hergestellt. Die Trägerstrukturen werden charakterisiert und optimiert, sodass eine gezielte Nutzung der Metall-Metallsalz-Verbünde in Wärmepumpensystemen ermöglicht wird. Einen wesentlichen Bestandteil bilden dabei Simulationen zum Verständnis der auftretenden physikalischen Effekte. Nach Festlegung der Spezifikationen für die untersuchten Materialien (AP 1) durch alle Projektpartner werden Vorversuche an flachen Material- und Strukturproben durchgeführt, die das IFAM-DD herstellt und geometrisch sowie thermisch und strömungstechnisch charakterisiert (AP 2). Die Bestimmung der Sorptionsisothermen der einzelnen Hydratstufen der Salze (AP 3) dient als Basis für spätere Auslegungsrechnungen. Hauptarbeitspunkt des Projektes ist die Synthese und Charakterisierung der Trägerstrukturen (AP 4) sowie die Analyse der Verbünde (AP 6) von verschiedenen Metallen und Salzen. Diese Ergebnisse werden zur iterativen Optimierung der Metallsalzsynthese und der Trägerstrukturen verwendet. Abschließend wird das Zusammenspiel der Komponenten an einem Versuchsmuster demonstriert.
Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Herstellungstechnologie zur Verbindung der untersuchten Metall-/Metallsalz-Verbünde mit dem Wärmeübertrager. Im Projekt werden verschiedene Verfahren (Weiten der Rohre, Löten) zur Anbindung der Metallstrukturen an Rohre mit und ohne Lamellenbleche untersucht und analysiert. Im Ergebnis sollen Aussagen zur thermischen Leistungsfähigkeit des gesamten Wärmeübertragers sowie zur thermischen und mechanischen Stabilität des Aufbaus getroffen werden. Aufbauend auf den Ergebnissen soll ein Versuchsmuster eines Adsorber-Wärmeübertragers für eine Wärmepumpe konstruiert und gefertigt werden. In experimentellen Untersuchungen wird die Funktionalität des Versuchsmusters mit verschiedenen Temperaturen getestet. Aus den Ergebnissen werden wichtige Kenngrößen wie die spezifische Leistungsdichte und erreichbare Werte für den COP abgeleitet.
Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung dieser Metall-Metallsalz-Verbünde. Salze ermöglichen mit Wasserdampf, Ammoniak oder Alkoholen die Nutzung verschiedener Gas-Feststoff-Reaktionen, die sich für Anwendungen in Wärmepumpen, Kältemaschinen oder thermochemischen Speichern im Niedertemperaturbereich eignen. Das Ziel ist die Erzeugung von reaktiven Salzschichten auf porösen metallischen Schaum- oder Faserstrukturen. Hierzu sollen unterschiedliche Synthesepfade und deren Einfluss auf die Eigenschaften und Haftung der Salzschichten untersucht werden. Die hergestellten Verbundmaterialien werden anschließend experimentell charakterisiert, um Aussagen zu den Wärmeleiteigenschaften, zur Kinetik der Reaktions- bzw. Adsorptionsvorgänge und zur erreichbaren Leistungs- und Speicherdichte zu treffen. Anhand der Ergebnisse sollen Optimierungsmöglichkeiten abgeleitet und ein Simulationsmodell zur Auslegung von Adsorber-Wärmeübertragern auf Basis der neuen Verbundmaterialien erstellt werden.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines effizienten Langzeitwärmespeichers für die Gebäudebeheizung in Ein- und Mehrfamilienhäusern. Das Projekt ist ein direktes Nachfolgeprojekt des Verbundprojekts CWS (FKZ 0327468B). Die dort erarbeiteten und im Labor erprobten Verfahren zur Langzeitwärmespeicherung werden weiterentwickelt und in einer Demonstrationsanlage umgesetzt. Durch den Einsatz von hocheffizienten chemisch-sorptiven Speichermaterialien (Komposite aus zeolithischen Trägern und Salzen), die innerhalb dieses Projekts optimiert und hergestellt werden, können deutlich höhere Speicherdichten bei kompakten Speichervolumina erzielt werden, als dies bei Wasserspeichern möglich ist. Am Ende dieses Forschungsvorhabens ist ein Demonstrator eines chemisch-sorptiven Wärmespeichers verfügbar, welcher in die vorindustrielle Produktentwicklung überführt und in den Markt eingeführt werden kann. Arbeitsschwerpunkte sind: - Erarbeitung bzw. Weiterentwicklung verfahrenstechnischer Konzepte zur Einbindung eines Langzeitwärmespeichers in unterschiedliche Anlagenkonzepte (Solarthermie, Photovoltaik, Kraft-Wärme-Kopplung) und Bewertung anhand von Simulationsstudien und Referenzszenarien - technische Umsetzung und Erprobung des Verfahrens am Beispiel einer thermischen Solaranlage mit Langzeitwärmespeicher (sowohl im Labor, als auch im Rahmen einer Demonstrationsanlage) - Entwicklung und Optimierung der Speichermaterialien hinsichtlich Sorptionskapazität, Kinetik, Langzeitstabilität sowie Erarbeitung von Prozessen zur industriellen Herstellung der Speichermaterialien.
Ziel des Projektes ist es die Qualität von Erdwärmesonden in Planung, Bau und Betrieb zu verbessern. Es werden zentrale Aspekte der Qualitätssicherung aus technischer, ökologischer und ökonomischer Sicht bearbeitet. 1. Verfahren zur Überprüfung der Messeinrichtungen für Thermal Response Tests 2. Abdichtung von Erdwärmesonden-Bohrungen mit Verfüllmaterialien 3. In-situ Messverfahren zur Qualitätsüberwachung und -monitoring von Erdwärmesonden 4. Verfahren zur Verbesserung der Bohrlochverfüllung bei Erdwärmesonden 5. Entwicklung und Implementierung konsistenter Auslegungsmodelle für oberflächennahe geothermische Anlagensysteme (GEOSYST+) 6. IEA ECES Annex 27 - Quality Management in Design, Construction and Operation of Borehole Systems.
Die zukünftige Entwicklung im Marktbereich der untiefen Geothermie wird in den nächsten Jahren aber stark von gesteigerten Planungssicherheiten und effizienteren Qualitätskontrollmöglichkeiten und -anforderungen abhängen. Die Anwendung von Erdwärmesonden ist eine relative junge Technologie und es ist sehr wenig darüber bekannt, wie langzeitstabil sie sich langfristig im Untergrund verhalten. Deshalb ist es für die Akzeptanz von Erdwärmesonden zwingend erforderlich, umfangreiche Kenntnisse über die Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden zu erhalten. Deshalb werden im Vorhaben zentrale Aspekte der Qualitätssicherung bearbeitet.
Die zukünftige Entwicklung im Marktbereich der untiefen Geothermie wird in den nächsten Jahren aber stark von gesteigerten Planungssicherheiten und effizienteren Qualitätskontrollmöglichkeiten und -anforderungen abhängen. Die Anwendung von Erdwärmesonden ist eine relative junge Technologie und es ist sehr wenig darüber bekannt, wie langzeitstabil sie sich langfristig im Untergrund verhalten. Deshalb ist es für die Akzeptanz von Erdwärmesonden zwingend erforderlich, umfangreiche Kenntnisse über die Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden zu erhalten. Deshalb werden im Vorhaben zentrale Aspekte der Qualitätssicherung bearbeitet.
Die zukünftige Entwicklung im Marktbereich der untiefen Geothermie wird in den nächsten Jahren stark von gesteigerten Planungssicherheiten und effizienteren Qualitätskontrollmöglichkeiten und -anforderungen abhängen. Die Anwendung von Erdwärmesonden ist eine relative junge Technologie und es ist sehr wenig darüber bekannt, wie langzeitstabil sie sich langfristig im Untergrund verhalten. Deshalb ist es für die Akzeptanz von Erdwärmesonden zwingend erforderlich, umfangreiche Kenntnisse über die Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden zu erhalten. Deshalb werden im Vorhaben zentrale Aspekte der Qualitätssicherung bearbeitet.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 42 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 10 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 42 |
| License | Count |
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| Offen | 42 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 42 |
| Resource type | Count |
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| Keine | 1 |
| Webseite | 41 |
| Topic | Count |
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| Boden | 23 |
| Lebewesen und Lebensräume | 16 |
| Luft | 6 |
| Mensch und Umwelt | 42 |
| Wasser | 9 |
| Weitere | 42 |