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Textiler Wärme- und Stoffübertrager in KVS-Systemen

EuroNorm INNO-KOM

01.09.2017 - 29.02.2020

Dipl.-Ing. (FH) Hannes Rosenbaum

+49-351-4081-667

Enthalpierückgewinnung zwischen örtlich getrennten Luftströmen

Gesamtziel

Entwicklungsziel sind textile Wärmeübertrager, welche – integriert in Kreislaufverbundsysteme (KVS) – zwischen örtlich getrennten Luftströmen neben sensibler Wärme auch Feuchtigkeit übertragen können. Das Funktionsprinzip basiert auf einem Flüssigsorptionsprozess über semipermeable Membranen.

Mit dieser Technologie der Feuchterückgewinnung eröffnet sich die Möglichkeit, auf konventionelle Befeuchtungssysteme verzichten zu können. Zudem können in den Sorptionsmittelkreislauf Speicher integriert werden. Damit kann regenerative Energie nahezu verlustfrei gespeichert und gezielt in den Prozess der Klimatisierung eingekoppelt bzw. umgesetzt werden. Die zu entwickelnden Membran-Wärmeübertrager und der Sorptionsmittelkreislauf des KVS-Systems stehen in Kombination mit den Speichern auch für weitere energieeffiziente und hygienisch vorteilhafte Luftbehandlungsprozesse, wie der sorptiven kondensatfreien Luftentfeuchtung im Sommer, zur Verfügung.

Zur Erhöhung der Energieeffizienz und zur Absenkung des Energiebedarfs für die Raumklimatisierung, aber auch im Hinblick auf die anderen o.g. Ziele wird unter Berücksichtigung des Potentials der Membranwärmeübertrager eine geeignete Prozessführungsstrategie entwickelt, mit der möglichst ganzjährig anlageninterne Synergieeffekte genutzt werden. Im besten Fall entsteht mit den beiden Membranwärmeübertragern und dem KVS-Kreislauf ein multifunktionales System für alle Luftzustandsänderungen.

Wissenschaftliche und/oder technische Arbeitsziele des Vorhabens

Ausgangspunkt für die Entwicklung ist das Funktionsprinzip der Wärme- und Feuchterückgewinnung im neuen KVS-System, basierend auf einem Flüssigsorptionsprozess über zwei Membran-Wärmeübertrager.  Dabei findet im zuluftseitigen Membran-Wärmeübertrager (MWÜ) die Desorption statt. Der Triebkraft (der Wasserdampfpartialdruckdifferenz zwischen trockener Außenluft und feuchtebeladenem Sorptionsmittel) folgend, wird Wasserdampf aus dem Sorptionsmittel ausgetrieben und befeuchtet damit die Zuluft. Da abluftseitig der Wasserdampfpartialdruck des Luftstromes größer als der des Sorptionsmittels ist, fungiert der dort platzierte Membran-Wärmeübertrager als Absorber. Das Sorptionsmittel nimmt Wasserdampf aus der Abluft auf und entfeuchtet diese.

Zu den wichtigsten wissenschaftlich-technischen Zielstellungen des Projekts gehören:

  • Konstruktiver Aufbau 2- fluidiger, 3- fluidiger und segmentierter Membran-Wärmeübertrager als Gegenströmer für hohe Übertragungsgrade
  • Entwicklung der Anschlussgestaltung und Randabdichtung der Membransegel
  • Erarbeitung von Lösungsansätzen zu Ein- und Auskopplung von Wärme sowie zur ganzjährigen Nutzung des Sorptionskreislaufs
  • Leistungs- und Strömungsoptimierung für Öko-Design
  • Prozessgestaltung sowohl für KVS-Enthalpierückgewinnung als auch für alternativ realisierbare Luftbehandlungsprozesse mit synergetischem Nutzen für den Saisonübergreifenden sparsamen Energieeinsatz
  • Analysen zu Hydraulik, Regelung und Speicher im KVS-Enthalpierückgewinnungssystem
  • Funktionsnachweise der KVS-Enthalpierückgewinnung sowie der im Rahmen der  mehrfachfunktionalen Nutzung realisierbaren Prozesse
  • Erarbeitung serienfertigungstauglicher Bauteile für wirtschaftliche Herstellbarkeit
  • Adaption der Ergebnisse auf kombinierte Zu- und Abluftgeräte

Partner für Technologietransfer gesucht

Die Projektziele implizieren die thematische Auseinandersetzung mit Technologien aus verschiedensten Branchen. Jederzeit möglich und gewünscht ist eine Zusammenarbeit mit Instituten und Firmen der Bereiche

  • Textilfertigung,
  • Textilveredlung
  • Werkstoffprüfung,
  • Membrantechnologie
  • Institute aus den Bereichen Textilforschung und Kunststofftechnik,
  • Verarbeitende Kunststofftechnik und Verpackungstechnik
  • Luft- und Kältetechnik sowie
  • Endanwender aus dem Klimaanlagenbau

Ziel ist die Bildung eines kompetenten Konsortiums, das die gesamte Prozesskette von der Auslegung, Herstellung und Konfektionierung textiler Wärme- und Stoffübertragerflächen bis zum Anlagenbau, der Prozesssteuerung und dem Energiemanagement am Endprodukt beim Endanwender abdeckt.

Die beteiligten Institute und Firmen erwerben durch die Zusammenarbeit einen Know-How-Vorsprung, der zur Stärkung des Wirtschaftsstandorts Deutschland und zur Festigung branchenspezifischer Leaderpositionen beiträgt. Es wird angestrebt, das gebildete Partnerkonsortium in weiterführenden Forschungsarbeiten im Kompetenzbereich „textiler Wärme-und Stoffübertrager“ in Form eines offenen Pools zu etablieren.


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