SPF - Industrietag 2014: Speicherbeladung mit hohen Massenströmen: CFD Simulationen zeigen Möglichkeiten und Grenzen

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1 SPF - Industrietag 2014: Speicherbeladung mit hohen Massenströmen: CFD Simulationen zeigen Möglichkeiten und Grenzen BSc. FHO Igor Mojic, Wiss. Mitarbeiter Dr. Michel Haller, Projektleiter

2 Inhalt Einleitung Ziel CFD Simulationen Modell Ergebnisse Schlussfolgerung 2

3 Einleitung BFE Projekt StorEx Ausarbeiten einer aussagekräftigen Schichtungskennzahl Reale Messungen, Erarbeitung von Prüfprozedur CFD Simulationen mit Fokus auf hohe Massenströme Wärmepumpe Kombispeicher 3

4 Ziel CFD Simulationen Schichtungseffizienz von Speichern verbessern Empfehlungen zu Einlassgeometrie Durchmischung bei hohen Massenströmen verhindern Maximale Massenströme bestimmen (Geometrie abhängig) 4

5 Model 5

6 Model 6

7 Model Massenstrom höher als für Raumheizung nötig 7

8 Model 50 C 0 () 8

9 Model Innere Exergieverluste Mischungsprozesse (a) Konvektion und Wärmediffusion (b) Vereinfachungen: Simulation mit halber Speichergeometrie 0 9

10 Model Innere Exergieverluste Mischungsprozesse (a) Konvektion und Wärmediffusion (b) Vereinfachungen: Simulation mit halber Speichergeometrie 0 Adiabat keine Wärmeverluste 10

11 Model Innere Exergieverluste Mischungsprozesse (a) Konvektion und Wärmediffusion (b) Vereinfachungen: Simulation mit halber Speichergeometrie 0 Adiabat keine Wärmeverluste Keine Wärmeleitung in der Speicherwand 11

12 Ergebnisse variable Volumenströme 0, 2" Bsp.: gerader, horizontaler Einlass mit 2"-Anschluss variable Einlassmassentröme Temperaturverlauf im Speicher nach 1 Stunde Sim. Start 0 l/h 900 l/h 50 C 12

13 Ergebnisse Varianten Beruhigungsmassnahmen 13

14 Ergebnisse Varianten Beruhigungsmassnahmen 14

15 Ergebnisse Varianten Beruhigungsmassnahmen 15

16 Ergebnisse Varianten Beruhigungsmassnahmen 16

17 Ergebnisse Varianten Beruhigungsmassnahmen 17

18 Ergebnisse variable Einlassgeometrie,, 2" - Volumenstrom 1800 L/h - 2" Anschluss - Ergebnis nach 1 Stunde Referenz (0kg/s) Gerader, horizontaler Einlass T-Stück, 60mm T-Stück gebogen, 200mm Prallplatte lang T-Stück offen mm 18

19 Ergebnisse variable Einlassgeometrie,, 2" - Volumenstrom 1800 L/h - 2" Anschluss - Ergebnis nach 1 Stunde Referenz (0kg/s) Gerader, horizontaler Einlass T-Stück, 60mm T-Stück gebogen, 200mm Prallplatte lang T-Stück offen mm 19

20 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 50 C 50 C Initialzustand 0 Min. 20

21 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 5 Min. 21

22 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 10 Min. 22

23 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 15 Min. 23

24 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 20 Min. 24

25 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 25 Min. 25

26 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 30 Min. 26

27 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 35 Min.

28 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 40 Min.

29 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 45 Min.

30 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 50 Min.

31 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 55 Min.

32 Ergebnisse Vergleich,, 2" Gerader, horizontaler Einlass, 2" T-Stück offen mm 35 C 47 C 60 Min. WP schon lange am Nachladen von WW! WP lädt nicht!

33 Ergebnisse Geometrie vor dem Speicher, Referenz Winkel 2" 200mm 2" 200mm 200mm T-Stück gebogen, 400mm - 2"

34 Schlussfolgerung Schlussfolgerung Beruhigungsmassnahmen bringen grossen Nutzen Projekt Ausblick Integration der Wärmeleitung in der Speicherwand Validierung im Labor Weitere Geometrien Herausgabe von allgemein gültigen Empfehlungen 34

35 Danksagung CFD Simulationen: - Andreas Huggenberger, Kaufmann Matthias (ehem. EEU Studenten, HSR) - Betreuung CFD: Boris Meier und Simon Boller, Institut für Energietechnik, HSR Das Projekt StorEx wurde unterstützt durch: Bundesamt für Energie BFE, Bern 35