Hierarchische W\u00e4rme\u00fcbertragerstrukturen in Hochleistungs-AdsorbernEinen wesentlichen Anteil des Gesamtprim\u00c3\u00a4renergieverbrauchs stellt der Bereich der Bereitstellung von Niedertemperaturw\u00c3\u00a4rme sowie von Nutzk\u00c3\u00a4lte in Geb\u00c3\u00a4uden dar, weshalb das Einsparpotential und die damit zusammenh\u00c3\u00a4ngende, m\u00c3\u00b6gliche CO2 -Reduktion hier besonders hoch ist.
Ein Weg zur effizienten Nutzung von Prim\u00c3\u00a4renergietr\u00c3\u00a4gern, sowie Abw\u00c3\u00a4rme und solarerzeugter W\u00c3\u00a4rme zur Raumheizung bzw. -klimatisierung ist der Einsatz thermisch angetriebener W\u00c3\u00a4rmepumpen bzw. K\u00c3\u00a4ltemaschinen. Eine vielversprechende M\u00c3\u00b6glichkeit auf diesem Weg bietet die Adsorptionstechnik, welche ein verh\u00c3\u00a4ltnism\u00c3\u00a4\u00c3\u0178ig gro\u00c3\u0178es Entwicklungspotential beinhaltet.
Der zugrunde liegende Mechanismus ist der exotherme Prozess der Adsorption. Hier wird \u00c3\u00bcber die Anlagerung eines gasf\u00c3\u00b6rmigen Adsorptivs (z.B. Wasserdampf) an ein mikropor\u00c3\u00b6ses Adsorbens (z.B. Zeolith) W\u00c3\u00a4rme freigesetzt, welche \u00c3\u00bcber die Ankopplung an einen Fluidkreis abtransportiert wird. Der Adsorptionsprozess ist ein reversibler Vorgang, d.h. durch Zufuhr von W\u00c3\u00a4rme (\u00c3\u00bcber den thermisch angekoppelten Fluidkreis) kann das Adsorbens vollst\u00c3\u00a4ndig desorbiert, d.h. regeneriert werden. Durch die zyklische Abfolge von Adsorption und Desorption l\u00c3\u00a4sst sich eine W\u00c3\u00a4rmepumpe bzw. K\u00c3\u00a4ltemaschine realisieren.
Eine Limitierung der Leistungsf\u00c3\u00a4higkeit gr\u00c3\u00bcndet auch auf der nicht optimierten thermischen Ankopplung an den Fluidkreis. Zudem stellt die zeitlich stark variierende W\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragung eine besondere Herausforderung f\u00c3\u00bcr eine leistungsf\u00c3\u00a4hige W\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragerstruktur dar.
Aufbauend hierauf besteht das Ziel des Dissertationsprojektes in der Entwicklung eines neuartigen, hierarchischen W\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcber- tragers, welcher den speziellen Anforderungen der Adsorptionsw\u00c3\u00a4rmepumpe angepasst ist und eine deutlich verbesserte thermische Ankopplung an den Fluidkreis erzielt.
Zur L\u00c3\u00b6sung dieser Problematik wird ein – von der Natur inspirierter – Ansatz gew\u00c3\u00a4hlt. Die Fluidkan\u00c3\u00a4le durchziehen dabei die Adsoberplatte in einer fraktalen Struktur, wobei der W\u00c3\u00a4rmeaustausch durch Einbringen offenpor\u00c3\u00b6ser Verbindungsstrukturen
zwischen den zu- und abf\u00c3\u00bchrenden Kan\u00c3\u00a4len verst\u00c3\u00a4rkt wird. Dieser bionische Ansatz gr\u00c3\u00bcndet auf den “W\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragerstruktren” im organischen Gewebe in welchen u.a. der W\u00c3\u00a4rmeaustausch \u00c3\u00bcber ein kapillares Verbindungsgeflecht (5 – 15 \u00c2\u00b5m) von Arterien zu den Venen erfolgt. (Im Vergleich zu Kapillaren lassen sich in offenporigen Schwamm-\/Faserstrukturen Porenabmessungen bis herunter zu ca. 100 \u00c2\u00b5m erreichen.)
In der aktuellen Forschung werden die hierarchischen W\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragungsebenen getrennt untersucht und auf einfachere Modelle abgebildet. Basierend auf den einfacheren Modellfunktionen wird eine multikriterielle Optimierung des Gesamtsystems unter den speziellen Randbedingungen durchgef\u00c3\u00bchrt um die optimale W\u00c3\u00a4rme\u00c3\u00bcbertragerstruktur zu erhalten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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