Uponor Blue U Award 2016 für Master-Thesis zu Latentwärmespeichern

  

(23.3.2016) Yannick Friess hat den mit 3.000 Euro dotierten Uponor Blue U Award 2016 er­halten. Die Fachjury befand seine Master-The­sis „Validierung und exergetische Betrachtung eines Latentwärmespeichers zur Nutzung industrieller Abwärme für die Gebäudehei­zung und -kühlung“ in der wissenschaftlichen Qualität als herausragend.

Jan Peter Tewes, Executive Vice President Building Solutions Europe bei Uponor (rechts), überreichte dem 25-jährigen Yannick Friess beim 38. Uponor Kongress die Auszeichnung. (Bild vergrößern)

Der 25-jährige Preisträger hat gerade sein Studium an der Hochschule Karlsruhe Tech­nik und Wirtschaft, Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik, als Master of Science mit der Gesamtnote 1,3 abgeschlossen. Die Master-Thesis wurde von Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Kauffeld von der Hochschule Karlsruhe betreut und ist ist baubegleitend zum Neubau des Test- und Weiterbildungszentrums Wärmepumpen und Kältetechnik (TWK) in Stutensee bei Karlsruhe entstanden.

Yannick Friess hat in seiner Arbeit einen Latentwärmespeicher, der die industrielle Ab­wärme für die Gebäudeheizung und -kühlung nutzt, validiert und exergetisch betrach­tet. Die Exergieanalyse des Heiz- und Kühlsystems zeigt, dass ...

• bei dem betrachteten Konzept die Sole/Wasser-Wärmepumpen (S/W-WP) effi­zienter sind als die Luft/Wasser-Wärmepumpen (L/W-WP), und
• die Wärmepumpen eine höhere Exergieeffizienz aufweisen als die in der Kühl­periode genutzte Kälteanlage.

Thermischer Energiespeicher zum Heizen und Kühlen

Das in dieser Arbeit vorgestellte Konzept eines Thermischen Energiespeichers (TES) ermöglicht die Nutzung industrieller Abwärme zur Heizung und Kühlung eines Gebäudes mittels thermoaktiver Bauteilsysteme. In der Heizperiode dient der TES als Wärmesen­ke für Industrieprozesse und zugleich als Wärmequelle für Sole/Wasser-Wärmepum­pen. 

Kapazität eines Latentwärmespeichers (rot) und eines sensiblen Wärmespeichers (blau) in Abhängigkeit der Temperatur.

Der TES nutzt Wasser als Phasenwechselmaterial. Dadurch kann die beim Phasen­wechsel frei werdende latente Wärme als zusätzliche Wärmequelle genutzt werden. Zudem existiert - auch für Demonstrationszwecke im Schulungsbetrieb - ein redun­dantes Heizsystem aus Luft/Wasser-Wärmepumpen. In der Kühlperiode dient der TES zudem als Wärmesenke für die Kühllast im Gebäude. Der TES wird hierfür nachts durch eine Kälteanlage abgekühlt.

Exergetischer Wir­kungs­grad des Sole/Was­ser- bzw. Luft/Wasser-Wärmepumpen­Sys­tems (SW bzw. LW) bei variabler Eisdicke und Umgebungs­temperatur. (Grafik vergrößern)

Auf Basis eines entwickelten Auslegungspro­gramms wurde der Wärmeübertragerkreis des TES digital konstruiert und im realen TES inte­griert. Zudem wurden Abkühlungsversuche, Kristallisations- und Vereisungstests an einem kleiner dimensionierten TES sowie eine Exergie­analyse des Heiz- und Kühlsystems durchge­führt. Die Abkühlversuche zeigen, dass in ei­nem nicht durchmischten Tank die natürliche Konvektion der hauptsächliche Mechanismus des Wärmeübergangs am Wärmeübertrager ist.

Die Kristallisationstests ergaben, dass durch den Einsatz von Kristallisationskeimen im Was­sertank die Unterkühlung des Wassers nahe der Wärmeübertrager-Oberfläche unterdrückt wird. Mit Hilfe der Vereisungstests wurden das entwickelte Auslegungsprogramm und ein ma­thematisches Modell zur Bestimmung der Eis­masse im TES validiert. Die Modelle zeigen da­bei eine gute Übereinstimmung zu den gemes­senen Werten.

Zur Erinnerung: Der Uponor Blue U Award zeichnet herausragende studentische Leistungen zu innovativen TGA-Lösungen in Forschung und Anwendung aus. Die Arbeiten aus den Themenfeldern Gesundheit, Be­haglichkeit, energieeffiziente Gebäude und TGA-Systeme sollen zudem in Bezug zu den Uponor Werten und Systemlösungen stehen. Der Award wurde in diesem Jahr zum zweiten Mal vergeben.