Hierarchische W\u00e4rme\u00fcbertragerstrukturen in Hochleistungs-AdsorbernEinen wesentlichen Anteil des Gesamtprim\u00e4renergieverbrauchs stellt der Bereich der Bereitstellung von Niedertemperaturw\u00e4rme sowie von Nutzk\u00e4lte in Geb\u00e4uden dar, weshalb das Einsparpotential und die damit zusammenh\u00e4ngende, m\u00f6gliche CO2 -Reduktion hier besonders hoch ist.
Ein Weg zur effizienten Nutzung von Prim\u00e4renergietr\u00e4gern, sowie Abw\u00e4rme und solarerzeugter W\u00e4rme zur Raumheizung bzw. -klimatisierung ist der Einsatz thermisch angetriebener W\u00e4rmepumpen bzw. K\u00e4ltemaschinen. Eine vielversprechende M\u00f6glichkeit auf diesem Weg bietet die Adsorptionstechnik, welche ein verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig gro\u00dfes Entwicklungspotential beinhaltet.
Der zugrunde liegende Mechanismus ist der exotherme Prozess der Adsorption. Hier wird \u00fcber die Anlagerung eines gasf\u00f6rmigen Adsorptivs (z.B. Wasserdampf) an ein mikropor\u00f6ses Adsorbens (z.B. Zeolith) W\u00e4rme freigesetzt, welche \u00fcber die Ankopplung an einen Fluidkreis abtransportiert wird. Der Adsorptionsprozess ist ein reversibler Vorgang, d.h. durch Zufuhr von W\u00e4rme (\u00fcber den thermisch angekoppelten Fluidkreis) kann das Adsorbens vollst\u00e4ndig desorbiert, d.h. regeneriert werden. Durch die zyklische Abfolge von Adsorption und Desorption l\u00e4sst sich eine W\u00e4rmepumpe bzw. K\u00e4ltemaschine realisieren.
Eine Limitierung der Leistungsf\u00e4higkeit gr\u00fcndet auch auf der nicht optimierten thermischen Ankopplung an den Fluidkreis. Zudem stellt die zeitlich stark variierende W\u00e4rme\u00fcbertragung eine besondere Herausforderung f\u00fcr eine leistungsf\u00e4hige W\u00e4rme\u00fcbertragerstruktur dar.
Aufbauend hierauf besteht das Ziel des Dissertationsprojektes in der Entwicklung eines neuartigen, hierarchischen W\u00e4rme\u00fcber- tragers, welcher den speziellen Anforderungen der Adsorptionsw\u00e4rmepumpe angepasst ist und eine deutlich verbesserte thermische Ankopplung an den Fluidkreis erzielt.
Zur L\u00f6sung dieser Problematik wird ein – von der Natur inspirierter – Ansatz gew\u00e4hlt. Die Fluidkan\u00e4le durchziehen dabei die Adsoberplatte in einer fraktalen Struktur, wobei der W\u00e4rmeaustausch durch Einbringen offenpor\u00f6ser Verbindungsstrukturen
zwischen den zu- und abf\u00fchrenden Kan\u00e4len verst\u00e4rkt wird. Dieser bionische Ansatz gr\u00fcndet auf den “W\u00e4rme\u00fcbertragerstruktren” im organischen Gewebe in welchen u.a. der W\u00e4rmeaustausch \u00fcber ein kapillares Verbindungsgeflecht (5 – 15 \u00b5m) von Arterien zu den Venen erfolgt. (Im Vergleich zu Kapillaren lassen sich in offenporigen Schwamm-\/Faserstrukturen Porenabmessungen bis herunter zu ca. 100 \u00b5m erreichen.)
In der aktuellen Forschung werden die hierarchischen W\u00e4rme\u00fcbertragungsebenen getrennt untersucht und auf einfachere Modelle abgebildet. Basierend auf den einfacheren Modellfunktionen wird eine multikriterielle Optimierung des Gesamtsystems unter den speziellen Randbedingungen durchgef\u00fchrt um die optimale W\u00e4rme\u00fcbertragerstruktur zu erhalten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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