Vorstellung ZHAW / IEFE

Transkript

1 Vorstellung ZHAW / IEFE Innovationsgruppe Speicher / Wärmetauscher Martin Schneider & Martin König Horw,

2 Inhalt Vorstellung ZHAW / IEFE Einführung / Motivation Projektziele Aufbau und Anforderungen der Wärmetauscher (WT) Wärmerückgewinnung (WRG) Materialuntersuchungen und Beschichtungstechnologien Fazit 2

3 Die 8 Departemente der ZHAW Architektur, Gestaltung und Bauingenieurwesen Gesundheit Angewandte Linguistik Life Sciences und Facility Management Angewandte Psychologie Soziale Arbeit School of Engineering School of Management andlaw 3

4 Organigramm SoE 4

5 Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) Der Innovationspartner rund um Energiethemen 5

6 Eckdaten IEFE 48 Mitarbeiter (davon 13 Dozenten) Industrie- und Forschungsprojekte Projekt-, Bachelor- und Masterarbeiten 6

7 Erneuerbare Energien 7

8 Energiespeicher und -netze 8

9 Energieeffizienz 9

10 Fachgruppen 10

11 Energiesysteme 11

12 Projektbeispiele Wärmetauscher Strömungsoptimierungen mittels CFD-Simulationen ABB (WTs in Zementindustrie) Schmid Energy Solutions (WT in Holzfeuerungen) SMS Concast (WT in Stranggiessprozess) C Untersuchung mittels Prüfstandsmessungen Alstom(neuartige WT-Technologien) Schmid Energy Solutions (WT in Holzfeuerungen) SMS Concast (WT in Stranggiessprozess) C Vor Ort Untersuchungen / Messungen Agroscope (WTs in Tierställen) C 12

13 Projektbeispiel: Wärmerückgewinnung in Mastgeflügelställen IEFE,IMPE, ZSN Prof. Dr. Frank Tillenkamp, Martin Schneider, Martin König Projektpartner: Agroscope 13

14 Inhalt Vorstellung ZHAW / IEFE Einführung / Motivation Projektziele Aufbau und Anforderungen der Wärmetauscher (WT) Wärmerückgewinnung (WRG) Materialuntersuchungen und Beschichtungstechnologien Fazit 14

15 Fleischproduktion (CH) Bildquelle: Agrarbericht

16 Ablauf Geflügelfleischproduktion Ei Küken Schlachtung 40 Tage Mast Daten zur ersten Mast im Herbst 2014 Produzierte Hühner: Stück Produziertes Fleisch: kg Energiebezugsfläche: 600 m 2 16

17 Temperaturanforderungen im Stall Energiequellen: Tierwärme und Gasheizung Stalltemperatur T Mittel Stall Linear (T Mittel Stall) Temperatur [ C] Tag der Mast 17

18 Normen und Regelwerke Obwohl die Technologie vorhanden ist, existieren für Lüftungs-und Klimaanlagen von Mastgeflügelställen keine Energie-Richtlinien! 18

19 Projektziele Ziele des gesamten Projekt Analyse einer Lüftungsanlage mit integrierter WRG Mögliche Leistungssteigerungen anhand Beschichtungstechnologien durch Verhindern des Anhaftens von Schmutz an den Wärmetauscher-Rohren. CFD-Modellierung einer bedarfsgerechten Lüftung Durch Agroscope erhielt die ZHAW Zugang zu einem Mastgeflügelstall in Ottoberg (TG). Beteiligte Institute der ZHAW: IEFE: Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering IMPE: Institute of Materials and Prozess Engineering ZSN: Zentrum für Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik 19

20 Mastgeflügelstall mit WRG Wegen der staubigen Luft werden Lüftungsanlagen oft ohne WRG gebaut. Diverse Hersteller bieten jedoch Stalllüftungen mit WRG an. 20

21 Mastgeflügelstall mit WRG 21

22 Relevante Wärmeströme der WRG Qabl: Abluft-Wärmestrom (Abkühlung der Abluft) Qzul: Zuluft-Wärmestrom = Wärmerückgewinnung (Aufwärmung der Zuluft) Qv: Verluste an die Umgebung Fortluft dq/dt(verlust) Frischluft dq/dt(zuluft) Zuluft Abluft dq/dt(abluft) 22

23 Anforderungen an den WT Verschmutzung durch Staub in der Luft 23

24 Anforderungen an den WT Wettereinflüsse Niederschläge und Eis innerhalb und ausserhalb des WT Niederschläge binden den Staub Es entstehen Wascheffekte im WT 24

25 Anforderungen an den WT Das Wasser der Niederschläge bindet den Staub und setzt diesen im WT ab. 25

26 Anforderungen an den WT Gase in der Luft (Literatur) H 2 S, Schwefelwasserstoff, MAK: 7 mg/m 3, sehr giftig, wasserlöslich NH 3, Ammoniak, MAK 14 mg/m 3, gutwasserlöslich N 2 O, Lachgas MAK, 180 mg/m 3, kaum vorhanden, wasserlöslich CH 4, Methan, sehr reaktionsträge, unlöslich CO 2, Kohlendioxid, ubiquitär, kein eigentlicher Schadstoff, wasserlöslich 26

27 Tierwärme und Gasheizung Wärmeproduktion pro Tag Tierwärme Heizenergie Qth [kwh] Tag der Mast Berechnung der Tierwärme nach: S. Pedersen. Climization of Animal House. Research Centre Bygholm, Danish Institute of Agricultural Sciences, Horsen, Denmark,

28 Wärmerückgewinnung Durch Agroscope erhielt die ZHAW Zugang zu einem Mastgeflügelstall in Ottoberg (TG) Messung: Sept bis März 2015 (total 4 Mastperioden a 40 Tage) Tierwärme: Heizenergie (Gas): Total: MWh 46.8 MWh MWh Wärmerückgewinnung: MWh (16.3%) Gaseinsparung: MWh (54.3%) 28

29 Materialuntersuchungen (IMPE) Rohre des Wärmetauschers Die Rohre wurden vom Hersteller zur Verfügung gestellt Rohrdimensionen: Durchmesser: 5 cm Wandstärke: 0.8 mm Länge: ca. 2.5 m Material: PVC Material ungeeignet wegen schlechter Wärmeleitfähigkeit! 29

30 Mögliche Beschichtungen Es gibt keine Beschichtung die ein Verschmutzen verhindern kann. Bestenfalls verzögern. Getestet wurden: Ein Polyurethan mit einem Antistatik-Zusatz (Code M) Eine kommerzielle Beschichtung mit geringer Verschmutzungsneigung (Code W) Eine selbstentwickelte Easy-to-Clean Polyurethanbeschichtung (Code P) Eine unbeschichtete Referenz (Code R) 30

31 Experimenteller Aufbau 31

32 Verschmutzung an den Proben 32

33 Zusammenfassung Beschichtungstechnologie Keine Beschichtung konnte die Verschmutzung verhindern Am besten schnitt die Polyurethanbeschichtung ab Durch Reiben im feuchten Zustand konnte der Schmutz entfernt werden (Reinigungsversuch). Wieder schnitt dabei die Polyurethanbeschichtung ohne Additive am besten ab Vorschlag zur Verbesserung: Ev. Rohre aus Metall gestalten und allenfalls mit Polyurethan beschichten. 33

34 Kurzes Fazit Durch die WRG-Anlage kann der Gasverbrauch um rund 50 % gesenkt werden PVC als Grundmaterial für den WT ist ungünstig gewählt Ev. stehen Gewicht und Widerstandsfähigkeit im Vordergrund Eine Leistungssteigerung könnte durch beschichtete Metallrohre erzielt werden 34

35 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit 35