The growing air conditioning demand coupled with the mostly common political will for reduction of greenhouse gases leads to new considerations according to energy effciency.
On the one hand the efficiency of the particular cooling process has to be improved and on the other hand the synergetic implementation of this process in existing energy systems has to be pushed.
Thermal driven cooling processes provide an excellent opportunity to increase the efficiency of the overall energy system by generating valuable cooling power using waste or solar heat. Beside the several well-known thermal driven cooling processes like Absorption, Adsorption Chillers and Desiccant Cooling Systems, this study introduces a new cooling process.
This novel process uses the endothermal enthalpy of solution while dissolving the respective salt in water. Using the example of ammonium nitrate dissolved in water, algebraic functions for the vapor pressure and the enthalpy of this solution are formulated. Several equipment variations are proposed, stationary balanced and calculated. Starting with a Coefficient of Performance (COP) of 0.04 heat recovery installations and the use of a ten stage flash evaporator improve the COP up to 0.24.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Grundlagen
- 2.1 Das chemische Potential
- 2.1.1 Fugazität
- 2.1.2 Aktivität
- 2.2 Beschreibung von Mischungen mittels Exzessgrößen
- 2.3 Bestimmung der Enthalpie wässriger Salzlösungen
- 2.4 Löslichkeit von Salzen
- 2.1 Das chemische Potential
- 3 Prozessbeschreibung
- 4 Modellierung
- 4.1 Löser
- 4.2 Verdampfer
- 4.3 Kondensator
- 4.4 Kristallisator
- 4.5 Mischer
- 5 Ergebnisse und Verbesserung des ersten Entwurfs
- 5.1 Vorgehen bei der Lösung der stationären Bilanzgleichungen
- 5.2 Annahmen, Vorgaben und Ergebnisse
- 5.2.1 Löser
- 5.2.2 Verdampfer
- 5.2.3 Kondensator
- 5.2.4 Kristallisator
- 5.2.5 Mischer
- 5.2.6 Energiebilanz des Gesamtprozesses
- 5.3 Verbesserung des ersten Entwurfs
- 5.3.1 Verwendung interner Wärmeübertrager
- 5.3.2 Prozessmodifikation zur Rückgewinnung eines Teils der Kondensationsenergie des Wasserdampfes
- 6 Fazit und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines neuartigen Kälteprozesses, der die exotherme Enthalpieänderung beim Lösen von Salzen in Wasser nutzt. Ziel ist es, die Energieeffizienz von Kältesystemen zu verbessern und die synergetische Integration in bestehende Energiesysteme zu fördern. Dies geschieht durch die Untersuchung der thermodynamischen Eigenschaften wässriger Salzlösungen und die Modellierung verschiedener Anlagenvarianten.
- Verbesserung der Energieeffizienz von Kältesystemen
- Nutzung der Enthalpie von Lösungsprozessen zur Kälteerzeugung
- Modellierung und Optimierung verschiedener Anlagenkonfigurationen
- Untersuchung der thermodynamischen Eigenschaften wässriger Salzlösungen
- Integration des Kälteprozesses in bestehende Energiesysteme
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt den wachsenden Bedarf an Klimatisierung und den politischen Willen zur Reduktion von Treibhausgasen. Sie führt in die Thematik der energieeffizienten Kältegeräte ein und stellt den neuen Kälteprozess als Forschungsgegenstand vor, der die endotherme Lösungsenthalpie von Salzen in Wasser nutzt.
2 Grundlagen: Dieses Kapitel behandelt die notwendigen thermodynamischen Grundlagen. Es werden das chemische Potential, die Fugazität und die Aktivität von Lösungen erläutert. Ein Schwerpunkt liegt auf der Beschreibung von Mischungen mittels Exzessgrößen, der Bestimmung der Enthalpie wässriger Salzlösungen und der Löslichkeit von Salzen. Die theoretischen Grundlagen bilden die Basis für die spätere Prozessmodellierung.
3 Prozessbeschreibung: Kapitel 3 beschreibt den neuartigen Kälteprozess, der auf der endothermen Reaktion beim Auflösen von Salzen in Wasser basiert. Hier wird der grundlegende Prozessablauf detailliert dargestellt, bevor er in den folgenden Kapiteln modelliert und optimiert wird.
4 Modellierung: In diesem Kapitel werden die einzelnen Komponenten der Kälteanlage (Löser, Verdampfer, Kondensator, Kristallisator, Mischer) mathematisch modelliert. Die Modelle bilden die Grundlage für die Berechnung der Anlagenperformance und dienen als Basis für Optimierungsmaßnahmen.
5 Ergebnisse und Verbesserung des ersten Entwurfs: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Berechnungen des ersten Anlagenentwurfs und beschreibt verschiedene Optimierungsstrategien zur Verbesserung der Anlageneffizienz. Die Ergebnisse werden diskutiert und Optimierungspotenziale aufgezeigt. Es wird die Verbesserung des COP durch Wärmerückgewinnung und den Einsatz eines mehrstufigen Flash-Verdampfers detailliert beschrieben.
Schlüsselwörter
Kälteprozess, Lösungsenthalpie, Salzlösungen, Energieeffizienz, Wärmerückgewinnung, Modellierung, Thermodynamik, Ammoniumnitrat, Flash-Verdampfer, COP.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Arbeit: Entwicklung eines neuartigen Kälteprozesses
Was ist das Thema der vorliegenden Arbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines neuartigen Kälteprozesses, der die exotherme Enthalpieänderung beim Lösen von Salzen in Wasser nutzt, um die Energieeffizienz von Kältesystemen zu verbessern und die Integration in bestehende Energiesysteme zu fördern.
Welche Ziele werden in der Arbeit verfolgt?
Die Hauptziele sind die Verbesserung der Energieeffizienz von Kältesystemen, die Nutzung der Lösungsenthalpie zur Kälteerzeugung, die Modellierung und Optimierung verschiedener Anlagenkonfigurationen, die Untersuchung der thermodynamischen Eigenschaften wässriger Salzlösungen und die Integration des Kälteprozesses in bestehende Energiesysteme.
Welche thermodynamischen Grundlagen werden behandelt?
Die Arbeit behandelt das chemische Potential, die Fugazität und die Aktivität von Lösungen. Ein Schwerpunkt liegt auf der Beschreibung von Mischungen mittels Exzessgrößen, der Bestimmung der Enthalpie wässriger Salzlösungen und der Löslichkeit von Salzen.
Wie wird der Kälteprozess beschrieben und modelliert?
Der Kälteprozess, basierend auf der endothermen Reaktion beim Auflösen von Salzen in Wasser, wird detailliert beschrieben. Die einzelnen Komponenten der Kälteanlage (Löser, Verdampfer, Kondensator, Kristallisator, Mischer) werden mathematisch modelliert, um die Anlagenperformance zu berechnen und Optimierungsmaßnahmen zu ermöglichen.
Welche Ergebnisse werden präsentiert und wie wird der erste Entwurf verbessert?
Die Arbeit präsentiert die Ergebnisse der Berechnungen des ersten Anlagenentwurfs. Verschiedene Optimierungsstrategien zur Verbesserung der Anlageneffizienz werden beschrieben und diskutiert. Die Verbesserung des COP durch Wärmerückgewinnung und den Einsatz eines mehrstufigen Flash-Verdampfers wird detailliert erläutert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch folgende Schlüsselwörter charakterisiert: Kälteprozess, Lösungsenthalpie, Salzlösungen, Energieeffizienz, Wärmerückgewinnung, Modellierung, Thermodynamik, Ammoniumnitrat, Flash-Verdampfer, COP.
Welche Kapitel umfasst die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in folgende Kapitel: Einleitung, Grundlagen, Prozessbeschreibung, Modellierung, Ergebnisse und Verbesserung des ersten Entwurfs, Fazit und Ausblick. Jedes Kapitel behandelt einen spezifischen Aspekt des neuartigen Kälteprozesses, von den theoretischen Grundlagen bis hin zur Optimierung und Verbesserung des Designs.
- Quote paper
- Thomas Meyer (Author), 2009, Entwicklung eines Kälteprozesses zur Nutzung der Exzessenthalpie beim Lösen von Salzen in Wasser, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/165946
