Ziel dieser Arbeit war es eine Auslegungsmethodik für Eisspeicheranlagen zu entwickeln, die auf dimensionslosen Kennzahlen basiert. Es wurde besonders darauf geachtet, dass die Methodik flexibel auf fast alle Auslegungsfälle anwendbar ist. Sie beschränkt sich also nicht nur auf die TGA, sondern deckt nahezu alle Anwendungen mit Kältespeichern ab.
Die Zielgrößen sind die Kältemaschinenleistung und die Eisspeicherkapazität bzw. deren dimensionslosen Größen, das Auslegungsverhältnis und die Volllastentladezeit, die jeweils auf die maximale Kühllast bezogen sind. Außerdem ist es nötig nachzuweisen, dass der Eisspeicher die nötige Entladeleistung erbringt.
Außer den oben genannten dimensionslosen Größen wurden im Laufe der Untersuchungen zwei weitere Größen gefunden. Die Ähnlichkeit α spiegelt die Eigenschaft des Lastprofils wider, das Betriebsverhältnis beschreibt die betriebstechnischen Umstände. Zur Überprüfung der Entladeleistung wurde ein Diagramm entwickelt, mit dessen Hilfe es möglich ist, durch Einzeichnen eines Betriebspunktes abzuschätzen, ob es hinsichtlich der Entladeleistung zu Problemen kommen kann.
Mit der entwickelten Auslegungsmethodik ist es also möglich alle für die Planung wichtigen Größen, ohne ein Computerprogramm zu berechnen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Vorteile beim Einsatz von Kältespeichern
1.2 Nachteile beim Einsatz von Kältespeichern
1.3 Verschiedene Typen von Kältespeichern
1.4 Überblick über verschiedenen Speicherarten
1.5 Spezifische Speicherkapazität
2 Grundlage zur Dimensionierung von Eisspeicheranlagen
2.1 Grundlegende Gleichungen
2.2 Bilanzierung
3 Verwendete Formeln und Formelzeichen
3.1 Formelzeichen
3.2 Formeln
4 Allgemeine Kühllastprofile
4.1 Rechteck mit Peak
4.2 Beliebiges Kühllastprofil mit Δt_E = Δt_B
5 Anlagenkonzept der Vollspeicherung
6 Entladeleistung
6.1 Randbedingungen
6.2 Ermittlung des Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Eis und Wasser
6.2.1 Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit w im Eisspeicher
6.2.2 Ermittlung der Nusselt – Zahl für längsumströmte Rohre
6.3 Dimensionslose Kenngröße für die Entladeleistung
6.4 Spezifische Entladeleistung bei Eisspeichern mit interner Schmelze
6.5 Übersicht über die spezifischen Entladeleistungen
6.6 Grenzbetrachtung der spezifische Entladeleistung
6.7 Bedingung für die Spezifische Entladeleistung
6.8 Grenzkurve
6.9 Folgerung für die Auslegung
6.10 Ermittlung der Entladekurve
7 Bezug zur Diplomarbeit von Herrn Peter Hofmann
7.1 Randbedingungen
7.2 Auslegungsverhältnis r_AL als Funktion der Gleichmäßigkeit γ
7.3 Zusammenfassung und Fazit
7.4 Volllastentladezeit t_VE als Funktion des Zeitverhältnisses τ
7.5 Zusammenfassung und Fazit
8 Erläuterung der Auslegungsmethodik
8.1 Ausgangsgrößen
8.2 Auslegung
8.3 Berechnung der Kältemaschinenleistung und Eisspeicherkapazität
8.4 Überprüfung der Entladeleistung
9 Auslegungsschieber
10 Auslegungsbeispiele
11 Spezielle Lastprofile
11.1 Dreiecksprofil
11.2 Trapezprofil
11.3 Rechteckprofil
11.4 Parabelprofil
11.5 Sinusprofil
12 Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung & Themen
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer universell einsetzbaren Auslegungsmethodik für Eisspeicheranlagen, die auf dimensionslosen Kennzahlen basiert. Die Forschungsfrage fokussiert sich darauf, wie Kältemaschinenleistung und Eisspeicherkapazität ohne komplexe Computerprogramme präzise bestimmt werden können.
- Entwicklung dimensionsloser Kennzahlen zur Anlagendimensionierung.
- Untersuchung verschiedener Kühllastprofile und deren Einfluss auf die Auslegung.
- Analyse der Entladeleistung von Eisspeichern in Abhängigkeit von Ladezustand und Strömungsbedingungen.
- Erstellung von praktischen Hilfsmitteln wie Auslegungsschiebern und Diagrammen.
- Validierung der Methodik anhand von Beispiel-Lastprofilen (z. B. Kaufhaus, Messe, Theater).
Auszug aus dem Buch
1 Einleitung
In der technischen Gebäudeausrüstung gibt es kaum eine Anwendung, die durch konstante Größen gekennzeichnet ist. Nahezu jeder Prozess unterliegt Schwankungen, die durch unterschiedliche Maßnahmen ausgeregelt werden. Die Kühllast eines Gebäudes stellt solch eine nicht konstante Größe dar. Die Schwankung wird einerseits durch den Arbeits- und Prozessablauf im Gebäude und andererseits durch die nicht konstanten äußeren Lasten, also durch Änderung der Sonneneinstrahlung und der Temperatur hervorgerufen. In der Regel wird die Kühlleistung einer Kältemaschine der Kühllast durch verschiedene Regelungsarten angepasst. Eine weitere Möglichkeit ist die Speicherung von Kälte in bedarfsschwachen Zeiten.
Ohne Kältespeicher muss die Kältemaschine auf die größte Kühllastspitze ausgelegt werden. Ein Kältespeicher wird in den Zeiten, in denen die Kühllast geringer als die installierte Kälteleistung ist, geladen und in Zeiten hoher Kühllast entladen. Er unterstützt die Kälteanlage und kann auch ausgeprägte Kühllastspitzen abdecken.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Notwendigkeit von Kältespeichern in der technischen Gebäudeausrüstung zur Bewältigung von Kühllastschwankungen.
2 Grundlage zur Dimensionierung von Eisspeicheranlagen: Erläutert die Bilanzierung und Zielgrößen (Kältemaschinenleistung und Eisspeicherkapazität) für die Dimensionierung.
3 Verwendete Formeln und Formelzeichen: Definiert die mathematischen Symbole und die zentralen Formeln, die für die methodische Auslegung verwendet werden.
4 Allgemeine Kühllastprofile: Analysiert verschiedene Lastverläufe, insbesondere rechteckige Profile mit Lastspitzen.
5 Anlagenkonzept der Vollspeicherung: Behandelt das spezifische Konzept, bei dem der Speicher die gesamte Kühllast abdeckt.
6 Entladeleistung: Untersucht kritisch die Entladefähigkeit des Speichers unter verschiedenen Randbedingungen und Strömungsmodellen.
7 Bezug zur Diplomarbeit von Herrn Peter Hofmann: Setzt die vorliegende Arbeit in den Kontext früherer Forschungen zu dimensionslosen Kennzahlen.
8 Erläuterung der Auslegungsmethodik: Detailliert den praktischen Ablauf der Auslegung unter Verwendung der entwickelten Kennzahlen.
9 Auslegungsschieber: Stellt ein Hilfsmittel vor, das eine schnelle Berechnung ohne komplexe Software ermöglicht.
10 Auslegungsbeispiele: Demonstriert die Methodik an sieben verschiedenen, praxisnahen Lastprofilen.
11 Spezielle Lastprofile: Untersucht mathematisch abstrakte Lastprofile (Dreieck, Trapez, Rechteck, Parabel, Sinus).
12 Zusammenfassung und Fazit: Fasst die zentralen Ergebnisse der Arbeit und die Anwendbarkeit der neuen Methodik zusammen.
Schlüsselwörter
Eisspeicher, Kältespeicherung, Auslegungsmethodik, Kühllast, Dimensionierung, Kältemaschinenleistung, dimensionslose Kennzahlen, Teilspeicherung, Vollspeicherung, Entladeleistung, Lastprofil, TGA, thermische Energiespeicherung, Anlagentechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Es geht um die Entwicklung einer universellen Auslegungsmethodik für Eisspeicheranlagen unter Verwendung von dimensionslosen Kennzahlen, um Planungen ohne komplexe Software durchzuführen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die thermische Kältespeicherung, die Modellierung von Kühllastprofilen und die mathematische Beschreibung des Entladeverhaltens von Eisspeichern.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, ein praktikables, dimensionsloses Berechnungsverfahren bereitzustellen, das flexibel auf nahezu alle Anwendungsfälle der Kältespeicherung anwendbar ist.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt mathematische Modellierung und bilanzbasierte Berechnungen sowie den Vergleich mit Referenzprofilen und Herstellerdaten, um eine dimensionslose Auslegungstheorie aufzustellen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die theoretischen Grundlagen der Dimensionierung, die Analyse der Entladeleistung, den Bezug zu Vorarbeiten und die praktische Anwendung der Methode anhand von verschiedenen Lastbeispielen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen zählen Eisspeicher, Kühllastprofil, Auslegungsmethodik, Kältemaschinenleistung, Entladeleistung und dimensionslose Kennzahlen.
Welche Rolle spielen die "dimensionslosen Kennzahlen"?
Sie ermöglichen eine allgemeingültige Berechnung der Anlage, da sie die spezifischen Gebäude- und Betriebsparameter in einer skalierten Form vergleichbar machen.
Warum ist die Unterscheidung zwischen Teil- und Vollspeicherung wichtig?
Die Unterscheidung ist für die Dimensionierung der Kältemaschinenleistung und das Lade-Entlade-Management entscheidend, da bei der Teilspeicherung die Maschine tagsüber die Last unterstützt.
- Citation du texte
- Sebastian Buchner (Auteur), 2005, Auslegungsmethodik für Eisspeicheranlagen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/418349
