Auch dieses Jahr öffnen wir wieder unsere Experimentierflächen und wollen für Begeisterung und Faszination in der Wissenschaft sorgen.
Unser Thema für die LNDW2024:
"KÄLTE-WÄRME-KOPPLUNG"
Gegensätze, die sich anziehen ... weil sie sich ganz wunderbar ergänzen. Darum kann die Kälte-Wärme-Kopplung ein fantastischer Beitrag bei der Energie- bzw. Wärmewende sein!
Eis wärmt Badewasser – wie geht das?
Die Wärme-Kälte-Kopplungen ist ähnlich zum dem bekannten Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Durch den geschickten Betrieb von Kompressionskältemaschinen werden die eingesetzten Primärenergieträger effizienter genutzt und somit CO2-Emissionen reduziert. Zur Langen Nacht der Wissenschaften erklären wir Euch das Prinzip anhand einer echten Eisfläche und einem Badefass oder Badebassin mit warmen Wasser. Die Wärme, die wir dem gefrierenden Wasser (Eisfläche) entziehen, setzen wir zum Heizen des Badewassers ein. Derzeit kommt das Verfahren meist in größeren Anlagen zum Einsatz - beispielsweise, um ganzjährig die Klimatisierung von Supermärkten, Flughäfen, Rechenzentren oder Industriegebäuden sicherzustellen.
TIPP: Übrigens auf der Eisfläche gibt es einen echten Bobschlitten des Olympiateams um Francesco Friedrich und Jan Grothkopp zu sehen. Darüber hinaus könnt Ihr Euch im Eisstockschießen ausprobieren.
Bist Du neugierig? Dann komme am 14. Juni zwischen 17 und 23 Uhr in die Bertolt-Brecht-Allee 20.
WAS KANN MAN NOCH AN UNSEREM INSTITUT ERLEBEN?
Aus dem Eis befreit
Befreie kleine Dinos und anderes Spielzeug aus dicken Eisblöcken! An der Station „Aus dem Eise befreit“ lernt ihr, wie ihr mit einfachen Mitteln sehr kalte Temperaturen erzeugen könnt, beispielsweise um Eure Limonade zu kühlen. In Experimenten erklären wir euch die chemischen und physikalischen Hintergründe beim Gefrieren von Wasser und eine Quizfrage wartet hier ebenfalls.
Zielwerfen mit echten Schneebällen
Mit einer Anlage, die Flüssigeis als Energiespeicher nutzt (wie sonst klassische Batterien), beispielsweise um das Stromnetz zu stabilisieren, können wir Euch zur LNDW so viel Schnee abgeben, dass Ihr mit Euren Freunden eine Schneeballschlacht machen könnt oder beim Zielwerfen, kleine Preise gewinnen könnt … und das mitten im Sommer!
Übrigens ... das Eis bzw. der Schnee, der quasi als Nebenprodukt bei der Vakuum-Flüssig-Eis-Technologie entsteht, könnte beispielsweise sehr nützlich für den Freizeitsport verwendet werden.
Mehr Informationen zur Vakuum-Flüssigeis-Technologie des ILK Dresden
Warum kann Schnee oder Eis als hervorragender Energiespeicher genutzt werden? Ist das unsere Batterie von morgen?
Sicher kennt Ihr die Konsistenz eines Slush-Eis-Getränkes. So ähnlich ist Ice Slurry- - ein Flüssigeis, das nicht nur pumpfähig sondern auch ein hervorragender Energiespeicher – eine Art Batterie - ist. Im Zuge der Energiewende kann Eis helfen, mehr erneuerbare Energien zu nutzen oder auch die Kältebereitstellung sicherzustellen, wenn eine besondere Lastanforderung besteht und so das Stromnetz stabilisieren. Aber auch zum Heizen ist Flüssigeis sehr gut geeignet. In Verbindung mit einer Wärmepumpe lässt sich mit Flüssigeis aus einem Wasser/Eisspeicher oder auch Flüssen und Seen jede Menge Wärme erzeugen.
Letztlich lässt es sich sogar als Schneeersatz für Sportveranstaltungen aufbereiten. Bei der LNDW zeigen wir Euch, wie Eis als Energiespeicher funktioniert. Übrigens: Eis als kostengünstiges und umweltverträgliches Speichermedium spielt in vielfältigen Entwicklungsprojekten des ILK Dresden eine wesentliche Rolle. Einige Beispiele sind: Eis durch Sonnenenergie für nachhaltigen Fischfang (giz.de), Pumpfähiges Vakuum-Flüssigeis
Welches Potential steckt in Wasserstoff?
Wasserstoff gilt als Schlüsselbaustein für das Gelingen der Energiewende in Deutschland. Seine Speicherung kann fluktuierende Energie aus regenerativen Quellen verstetigen. Vorteilhaft für die Speicherdichte sind tiefe Temperaturen und hohe Drücke. Das ILK Dresden hat die technische Machbarkeit in seinem Wasserstofflabor im Bereich bis zu 1000 bar und hinab zu ‑250 °C demonstriert. Neben der Mitarbeit an Studien und Forschungsprojekten dafür erfolgen auch Untersuchungen z. B. an Ventilen für kryogene Anwendungen. Komme mit unseren Wissenschaftlern im Versuchsfeld „Wasserstoff“ ins Gespräch und erfahre mehr über das Potential dieser Technologie.
Erfahre mehr über unser Wasserstoff-Versuchsfeld: hier
Wie gut ist eigentlich die Luft im Berliner Humboldt Forum?
2013 wurde der Grundstein für das wohl prominenteste Kulturbauvorhaben in der Mitte Berlins zu Beginn des 21. Jahrhunderts gelegt: das Berliner Humboldt Forum. Um in den Ausstellungsräumen ein Raumklima zu schaffen, das einerseits den sensiblen Ausstellungszwecken gerecht wird und andererseits den heutigen Ansprüchen rationeller Energieverwendung zu entsprechen, wurden das ILK Dresden hinzugezogen. Mit Hilfe einer numerischen Strömungssimulation wurden deutliche Energieeinsparungen heiz- und raumlufttechnischer Anlagen aufgrund einer optimierten Technikauswahl und Positionierung erreicht. Wir zeigen Euch an einem realen 3D-Modell des Berliner Schlosses wie CFD-Simulationen durchgeführt werden und was die besonderen Herausforderungen in Berlin waren.
Mehr Infos dazu gibt es auch in diesem Video
Wie funktioniert die Magnetschwebebahn?
Hier am ILK Dresden arbeiten wir experimentell bis etwa -271 °C. Sehr, sehr tiefe Temperaturen benötigt man beispielsweise, um Magneten schweben zu lassen. Bei einem Supraleiter verschwindet unterhalb der kritischen Temperatur sein elektrischer Widerstand und er wird zum idealen Leiter. Wir zeigen Euch, wie eine Magnetschwebebahn funktioniert, die mit flüssigem Stickstoff oder Helium (-196 °C) gekühlt wird. Übrigens: Für das Kühlen von Sensoren mit flüssigem Stickstoff oder Helium hat das ILK Dresden Kryostate entwickelt, die vielseitig eingesetzt werden. Insbesondere wurden metallfreie GFK-Kryostate mit speziellen Eigenschaften zur Kühlung von supraleitenden Strombegrenzern und SQUIDs (hochempfindliche Magnetfeldsensoren) entwickelt, die auch als Druckgeräte ausgeführt werden können. Produktportfolio ILK Dresden-Kryostate: https://www.ilkdresden.de/leistungen/forschung-und-entwicklung/projekt/kryostate-aus-gfk-oder-metall
Was hat die Wärmepumpe mit einem Kühlschrank gemeinsam?
Technisch gesehen haben Kühlschrank und Wärmepumpe vieles gemeinsam, der Prozess ist nämlich der gleiche. Die jeweilige Nutzung von Wärme oder Kälte entsteht durch den gewünschten Verwendungszweck. Im Kühlschrank sorgt der Verdampfer im Kühlraum für die Kälte. Die dem Lebensmitteln entzogene Wärme wird auf der Rückseite über den Verflüssiger an die Küche abgegeben. Im Falle der Wärmepumpe entzieht der Verdampfer nicht den Lebensmitteln, sondern dem Garten, dem Boden oder dem Wasser die Wärme, die über dem im Haus befindlichen Verflüssiger in die Wohnung abgegeben wird. Wir zeigen Euch das Prinzip und nutzen ausnahmsweise mal einen alten Kühlschrank als Wärmepumpe.
Das Testzentrum PLWP des ILK Dresden ist durch die DAkkS akkreditiert und unterstützt die Wärmepumpen-Hersteller bei der Qualitätssicherung durch unparteiliche normative Prüfungen bei festgelegten Betriebspunkten. Wir bieten Nachweisprüfungen für Wärmepumpen an, mit denen die Effizienz im Rahmen von staatlich anerkannten Prüfzertifikaten (EHPA-Gütesiegel und HP-KEYMARK) bestätigt wird.
Hier gibt es noch mehr Informationen zu unserem Hauptbereich Kälte- und Wärmepumpentechnik
Wann siedet Wasser, während es gleichzeitig gefriert?
Die Siedetemperatur von Wasser verringert sich mit zunehmender Höhe über Normalnull, wie aus dem Kochen im Hochgebirge bekannt ist. Auf der Zugspitze, dem höchsten Berg Deutschlands (2.962 m), kocht Wasser bereits bei 90 Grad Celsius. Am sogenannten „Tripelpunkt“ herrschen sogar so besondere Druckbedingungen, dass das Wasser gleichzeitig in allen drei Aggregatzuständen vorliegt (flüssig, gasförmig und fest – als Eis)! Das Wasser siedet, während es gleichzeitig gefriert. In unserem Versuch zeigen wir, wie die Verringerung des Drucks über der Flüssigphase mittels Pumpe wirkt, bis es zur Umwandlung in die feste Phase (Eis) kommt.
Übrigens: Das ILK Dresden macht sich diese physikalische Eigenschaft unter anderem in dem Projekt AQVA HEAT zum Nutzen und forscht daran, wie wir Wasser nutzen können, um einerseits unsere Gebäude heizen oder kühlen zu können. AQVA HEAT ist ein klimaneutrales Verfahren, das die CO2 Emissionen, z.B. durch Heizen mit Kohle, Gas oder Öl, signifikant senken könnte. https://www.ilkdresden.de/news/das-ilk-erhaelt-den-eku-innovativ-zukunftspreis-1
Luftverflüssigung mittels Kryokühler
Bei einer Kältemaschine wird durch Aufwendung von Arbeit eine Temperaturdifferenz erzeugt. Ein Kryokühler verwendet dazu ein Arbeitsgas, welches einem periodischen Druckwechsel unterzogen wird. Durch eine zyklische Verlagerung des Arbeitsgases innerhalb des Kryokühlers wird jeweils eine warme und eine kalte Seite am Kryokühler generiert. Letztere kann Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur von Sauerstoff und Stickstoff (-196 °C) erreichen. Der Kondensationsprozess wird in einem Plexiglas-Gefäß sichtbar gemacht. Übrigens: Das ILK Dresden entwickelte im Rahmen des Forschungsvorhaben „Supraleitendes Hochstromsystem für DC Anwendungen“ einen leistungsstarken, auf dem Pulse-Tube (PT)-Prinzip basierenden Kryokühler, mit dem sich eine wesentlich höhere Effizienz realisieren lässt. https://www.ilkdresden.de/leistungen/forschung-und-entwicklung/projekt/pulse-tube-kryokuehler
Was kann Moos in der Stadtbegrünung erreichen?
Der Effekt von 81 Bäumen auf einer Fläche von 9 m2
Die Bedeutung der Stadtbegrünung ist inzwischen längst erkannt worden. Stadtbegrünung reduziert die Gefahr von Hitzeentwicklungen, mindert Verkehrslärm, bindet Schadstoffe, stellt Sauerstoff bereit, befeuchtet die Luft, führt zur Rückhaltung von Niederschlagswasser und ist gut für unsere Psyche. Aber wohin mit den Pflanzen, wenn die Flächen bereits belegt sind. Das Unternehmen GreenCitySolutions GmbH und das ILK forschen seit einigen Jahren im Bereich der Anwendung von Moosen für diese Aufgaben und deren großflächige Installation im urbanen Raum. Die Moose werden dabei aktiv durchlüftet. Eine smarte Technologie erhält deren Vitalität. Gelingt dies, gehen wir einen wichtigen Schritt in unserer Stadtentwicklung.
Neue Ansätze zur Verbesserung der Luftqualität im urbanen Raum sind dringend gefragt. Smarten Begrünungslösungen, wie zum Beispiel Mooswänden, kommt als aktive biologische Raumluftfilter eine neue Bedeutung zu. Diese beeinflussen ihre nähere Umgebung nicht nur durch die Abscheidung von Feinstaubanteilen, sondern können auch zu einer effektiven Kühlung der Luft führen. Wir zeigen Dir an einem Modell, wie es funktioniert.
Kontakt am ILK Dresden: Stefan Holfeld - Bereich Luftreinhaltung
Mehr Informationen über GreenCitySolutions
Heizen mit erneuerbaren Energieträgern: Wie viel Energie steckt wirklich in einem Stück Holz?
Neben der Sonnenenergie, Wasser- und Windkraft ist auch die Biomasse und hier vor allem Holz ein heimischer, erneuerbarer Energieträger. Er wird quasi unter Nutzung der natürlichen Photovoltaikanlage bereitgestellt und in ihm kann die Sonnenenergie lange gespeichert werden. An dieser Station geben wir Euch Informationen zur Nutzung dieses Energieträgers. Dabei stellen wir verschiedene Feuerstätten vor und erklären, wie man Emissionen verringern kann. Mit kleinen Experimenten und Beispielen werden wir Euch das Feuer näher bringen und zeigen wieviel Energie in einem Stück Holz nur darauf wartet freigelassen zu werden.“
Kaminöfen sind Feuerstätten, die mit Holz als regenerativem Energieträger aktiv etwas für den Klimaschutz tun. Das Ziel unserer Forschung am ILK Dresden ist es, diese Feuerstätten so emissionsarm zu machen, dass sie dies auch in Zukunft für uns tun können ohne ihre Emotionalität / Romantik und Nutzerfreundlichkeit zu verlieren. Zur LNDW geben wir Informationen zur Einordnung in den Energiemix, zeigen wie man Emissionen verringern kann und stellen Gas- und Partikelmesstechnik am Prüfstand vor.
Ansprechpartner am ILK Dresden: Thomas Birnbaum
Weitere Informationen zum Bereich Luftreinhaltung
Wie kann aus dem Abgas von Kraftfahrzeugen elektrischer Strom gewonnen werden?
Bei einer Wärmekraftmaschine wird eine bestehende Temperaturdifferenz zur Gewinnung von Arbeit ausgenutzt. Sie besitzt demnach eine warme Seite (Wärmequelle) und eine kalte Seite (Wärmesenke). Durch eine gezielte Verlagerung des Arbeitsgases zwischen diesen Seiten entsteht eine Druckwelle, die anhand von schwingenden Flüssigkeitskolben demonstriert wird. In unserem Versuch zur LNDW demonstrieren wir das Prinzip an einem Glasmodell mit schwingenden Flüssigkeitssäulen. Übrigens: Das ILK Dresden entwickelte in Zusammenarbeit mit der Firma Fox Autotechnik eine Wärmekraftanlage für das Abgassystem von Kraftfahrzeugen. https://www.ilkdresden.de/leistungen/forschung-und-entwicklung/projekt/waermekraftmaschinen
WIR FREUEN UNS AUF EUCH!
Unsere Adresse: Bertolt-Brecht-Allee 20 in 01309 Dresden
PS: Für Essen und Getränke ist ebenfalls wieder gesorgt.
Datenschutzhinweis für diese Veranstaltung:
Während der Veranstaltung werden Bild- und Tonaufnahmen gefertigt, die einzelne oder Gruppen von Teilnehmern zeigen und die von Medienvertretern, dem ILK Dresden sowie deren Kooperationspartnern der Veranstaltung zur Information der Öffentlichkeit publiziert werden können. Dies betrifft insbesondere die Veröffentlichung auf www.ilkdresden.de, den Social-Media-Kanälen des ILK Dresden (LinkedIn, Twitter, etc.) und in Printmedien (Informationsbroschüren, Pressemitteilungen, Präsentationen). Jede teilnehmende Person hat das Recht, aus Gründen, die sich aus ihrer besonderen Situation ergeben, jederzeit gegen die Anfertigung und Veröffentlichung der Bild- und Tonaufnahmen Widerspruch einzulegen. Der Widerspruch ist dem ILK Dresden mitzuteilen (kommunikation@ilkdresden.de)
Änderungen vorbehalten.