INSTITUT FÜR WÄRMETECHNIK (IWT) Technische Universität Graz

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1 INSTITUT FÜR WÄRMETECHNIK (IWT) Technische Universität Graz Vorstand: O.Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Beate Reetz Inffeldgasse 25 / B, A-8010 Graz Tel.: , Fax: sek@iwt.tu-graz.ac.at www: Institutsgeschichte, Mai 2002

2 Chronologie der TU Graz und des Instituts für Wärmetechnik (IWT) TU Graz /1/ 1811 Gründung des Joanneums (Technische Lehranstalt) durch Erzherzog Johann 1864 Status als Technische Hochschule (der Provinz Steiermark) 1874 Kaiserlich-Königlich Technische Hochschule in Graz (staatlich) 1888 Eröffnung des Neubaus Rechbauerstraße 1901 Promotionsrecht Neubau Kopernikusgasse Neubau Inffeldgasse Institut für Wärmetechnik 1921 Institut für Dampfkesselbau, Kolbendampfmaschinen, Lokomotivbau 1925 Institut für Dampfkesselbau, Kolbendampfmaschinen, Lokomotivbau, Lastfördermaschinen 1928 Übersiedlung des Instituts von der Alten Technik (Rechbauerstraße) zur Neuen Technik (Kopernikusgasse) 1931 Anschluss des Heizkraftwerks und der Zentralwerkstätte an das Institut 1941 Lehrstuhl für Kolben- und Dampfkraftmaschinen 1944 Am 1. November wird der gesamte Mitteltrakt der Neuen Technik durch drei Bomben zerstört. Abtransport von Einrichtungen nach Gstatterboden (Obersteiermark) 1947 Institut für Dampfkessel, Kolbendampfmaschinen, Lokomotivbau 1951 Institut für Dampfmaschinenbau und Wärmetechnik 1960 Institut für Dampftechnik, Wärmewirtschaft und Lokomotivbau 1969 Institut für Dampftechnik und Wärmewirtschaft 1972 Lehrkanzel und Institut für Dampfkesselbau, Reaktortechnik und Wärmewirtschaft 1980 Institut für Wärmetechnik (IWT) mit 2 Abteilungen - Heizungs- und Klimatechnik - Wärmetechnisches Mess- und Versuchswesen 1985 Übersiedlung von der Kopernikusgasse in die Inffeldgasse 1997 Strukturierung des IWT in 4 Arbeitsgruppen - Thermische Energieanlagen - Heizungs-, Kälte- und Klimatechnik - Solarthermie und thermische Gebäudesimulation - Mess- und Versuchswesen Institutsvorstände Oberbaurat Ing. Robert ENGEL (Dekan 1925/26) Dipl.-Ing. Dr.techn. Paul Roman GILLI (Dekan 1963/64) Dipl.-Ing. Dr.techn. Paul Viktor GILLI (Dekan 1975/76, 1976/77) 1995 Dr.-Ing. habil. Beate REETZ Prof. Paul Roman Gilli Prof. Paul Viktor Gilli Prof. Beate Reetz 2

3 Zur Chronologie des IWT an der TU Graz An der Technischen Hochschule in Graz (seit 1975: Technische Universität) gibt es seit 1921 das Institut für Dampfkesselbau, Kolbendampfmaschinen und Lokomotivbau (Vorstand Prof. R. Engel), das einige Jahre auch die Lastfördermaschinen, also Fördertechnik, betreut hat und im Laufe der Zeit mehrmals umbenannt worden ist. Um 1928 ist das Institut in den damaligen Neubau Kopernikusgasse übersiedelt (Abb. 1), wo dem Institut auch die Zentralwerkstätte und das Heizkraftwerk (HKW) mit einer Zweikurbel- Verbunddampfmaschine (75 PS, bei Betrieb als Zwillings-Kondensationsmaschine 255 PS) und den zugehörigen 14 bar-dampferzeugern angeschlossen war. Außerdem war ein Löffler- Hochdruckkessel für 120 bar/450 C vorhanden. /3/ Abb. 1: Kopernikusgasse Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik /2/ Forschungsgebiete waren u.a. Labyrinth- Strömungen, ölfreie Dampfmaschinen und Schnell-Dampferzeuger. Im zweiten Weltkrieg wurde das Gebäude in der Kopernikusgasse stark beschädigt (vgl. /4/). Im neuen HKW in der Steyrergasse (Abb. 2), das 1955 errichtet wurde, wurden zwei braunkohlebefeuerte Wasserrohrkessel und eine 40 bar/600 kw-turbine als Kraft-Wärme- Kopplung (KWK) -Anlage zur Wärmeversorgung der TU-Gebäude im Bereich Kopernikusgasse, Stremayrgasse, Petersgasse und Steyrergasse installiert (Vorstand O.Univ.-Prof. P.R. Gilli). Abb. 2: Ehemaliges Heizkraftwerk (/2/, /5/) Hauptsächliche Forschungsprojekte waren zu dieser Zeit Abgasmesseinrichtungen sowie Messungen der Dampffeuchte und des Schlupfes in der Zweiphasenströmung, später auch der Wärmeübergang und insbesondere die Filmverdampfungsgrenze für hochbelastete Flossenwände moderner Hochdruckkessel und Dampferzeuger von Kernkraftwerken mit gasgekühlten Reaktoren (Hochtemperatur-Reaktorprojekt DRAGON). Zu diesem Zweck wurde ein Zweiphasen-Hochdruckversuchsstand (Auslegungsdruck 250 bar) aufgebaut und für Wärmeübergangs-, Druckabfall- und Stabilitäts-Untersuchungen betrieben. Als Folge der Ölkrise 1973 wurden die Forschungsgebiete um energiesparende Systeme der Heizungs- und Klimatechnik erweitert und es wurden im Rahmen der österreichischen Wohnbauforschung und der IEA, der Internationalen Energieagentur in Paris, Sonnenenergie- und Wärmepumpen-Projekte durchgeführt (Vorstand O.Univ.-Prof. P.V. Gilli). 3

4 Beispiele für die in dieser Zeit durchgeführten Projekte sind das Haus Schaup, Wohnen Morgen Neumarkt, ELIN Weiz und Sonnenhaus Arsenal, wobei in der Anfangsphase thermische Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Raumheizung, und später Wärmepumpen die Forschungsaktivitäten dominiert haben. Abb. 3: Inffeldgasse Institut für Wärmetechnik Weiters wurden Arbeiten auf dem Kernreaktorsektor durchgeführt, speziell im Bereich Computersimulation (KWU). Seit 1980 trägt das Institut den Namen Wärmetechnik und mit der Übersiedlung des Instituts in die Inffeldgasse im Jahr 1985 (Abb.3) stehen für die vielfältigen wärmetechnischen Aufgabenstellungen das neue Labor mit Hochstromanlage und Klimakammer zur Verfügung. Die größeren Projekte, die bereits im neuen Institut abgewickelt worden sind, waren der durch den Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (FWF) geförderte Forschungsschwerpunkt S31 Wärmepumpen ( ), der von O.Univ.-Prof. P.V. Gilli initiiert worden ist, und der FWF-Forschungsschwerpunkt S68 Thermische Energieerzeugung Wirkungsgradsteigerung und Emissionsminderung von Wärmekraftwerken ( ), der von O.Univ.-Prof. Jericha (Institut für Thermische Turbomaschinen) initiiert wurde. Im Zeitraum wurden vom Institut für Wärmetechnik Aufgaben in den Bereichen "Solarthermische Kraftwerke" (Mitarbeiter Dr. P. Eisenkolb und Dr. M. Fesharaki) und "Optimierung thermodynamischer Kreisläufe" (Mitarbeiter Dr. K. Payrhuber und Dr. M. Pogoreutz) bearbeitet. Auf dem Sektor Wärmepumpen bearbeitete das Institut unter der Leitung von tit.o.univ.- Prof. H. Halozan im Zeitraum das EU-Projekt "COHEPS - Energy efficient and environmentally friendly heat pumping systems using CO 2 as working fluid" in Zusammenarbeit mit der Energieforschungsgemeinschaft (Koordinator) und den Partnern SINTEF Energy Research (Norwegen), FKW Hannover und Universität Essen (Deutschland) sowie Universität Leuven (Belgien) (Mitarbeiter am IWT: Dr. R. Rieberer und DI. G. Kasper). Seit 1995 (Vorstand O.Univ.-Prof. B. Reetz) wurden die Forschungsgebiete insbesondere um die effiziente Nutzung von Biomasse erweitert. Für die Kraft-Wärme-Kopplung auf Basis Biomasse wurde ein Versuchsstand mit einem Biomasse-Festbett-Vergaser, nachgeschalteter Gasreinigung und Gasmotor installiert. Auf Basis dieser Einrichtung wurden und werden die Bereiche Vergasung, Gasreinigung und optimale Integration von Biomasse- Heizkraftwerken in Nahwärmesysteme detailliert untersucht. Zudem wurden Arbeiten auf den Gebieten Erdreichwärmepumpen, CO 2 als Arbeitsmittel für Wärmepumpen und Autoklimaanlagen, Speichersysteme für thermische Solaranlagen und Gebäudesimulation durchgeführt. Für die Bearbeitung der genannten Themen wurden 1997 vier Arbeitsgruppen eingerichtet: "Thermische Energieanlagen" (O.Univ.-Prof. B. Reetz), "Heizungs-, Kälte- und Klimatechnik" (tit.o.univ.-prof. H. Halozan), "Mess- und Versuchswesen" (Ao.Univ.-Prof. A. Edler) sowie "Solarthermie und thermische Gebäudesimulation" (Ao.Univ.-Prof. W. Streicher). Die nachfolgenden Ausführungen geben einen Überblick über die Entwicklung des IWT in den letzten Jahren (vgl. /6/): So erfolgte z.b. im Auftrag der Steirischen Landesregierung die Erarbeitung des wissenschaftlichen Konzepts und seine Umsetzung in der Landesausstellung zum Thema Energie im Jahr 2001 in Weiz und Gleisdorf (O.Univ.-Prof. B. Reetz, Ao.Univ.-Prof. W. Streicher, DI. Ch. Grad). Die Energieregion Weiz-Gleisdorf bereitete den Boden für diese Landesausstellung seit Jahren mit Engagement, Enthusiasmus und Emotionen auf. Leitgedanke für die Arbeit war 4

5 es, den technologischen Energiefluss von der Primärenergie über die Endenergie bis zur Nutzenergie bzw. Energiedienstleistung so zu verdeutlichen, dass der Wert der einzelnen Energiearten begreifbar wird. Wahrnehmbar sollten aber auch die mit wachsenden Ansprüchen an Energiedienstleistungen verbundenen Gefahren werden. Finden, Entdecken und Spüren von Energie mit dem Ziel, zum Haushalten mit Energie anzuregen und die Notwendigkeit der stärkeren Zuwendung zu Erneuerbaren Energien zu verdeutlichen. Die Energieregion Weiz-Gleisdorf war dafür prädestiniert, sind doch hier international anerkannte Vorhaben der Nutzung von Sonnenenergie, Wasser- und Windkraft, von Bioenergie, aber auch progressive Lösungen für Energieumwandlungsanlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung realisiert. (Abb.4, Abb. 5) Abb. 4: Das Archimedes-Rad vor dem Ausstellungsgebäude in Weiz Abb. 5: Hauptausstellungsraum zur Sonnenenergienutzung im ehem. Dominikanerinnenkloster in Gleisdorf Arbeiten auf dem Fern- und Nahwärmesektor führten zu Untersuchungen von Kraft-Wärme- Kälte-Kopplungssystemen mit sorptiver Kälteerzeugung und Netzoptimierung sowie Arbeiten auf dem Sektor dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen. Außerdem wurden im Auftrag der Vereinigung der Großkraftwerksbetreiber (VGB, Essen) umfangreiche Arbeiten auf dem Gebiet der Bewertung und Verifizierung von thermodynamischen Auslegungsprogrammen für Kraftwerks- und Heizkraftwerksprozesse in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Thermische Kraftanlagen mit Heizkraftwerk an der TU München durchgeführt. Für den Bereich Sonnenenergie und thermische Gebäudesimulation wurde von Ao.Univ.- Prof. W. Streicher seit 1997 eine Arbeitsgruppe am IWT aufgebaut. In dieser Gruppe werden diverse nationale und internationale (IEA, EU) Forschungsprojekte zu thermischen Solaranlagen, Energiespeichern mit Phasenwechselmaterialien und energetischen Gebäudeplanungen mit Hilfe der Simulation des instationären Verhaltens von Gebäuden mit Heizung/Lüftung/Kühlung bearbeitet. Abschließend sollen noch die Aktivitäten des IWT im Rahmen der Planung und Gründung der Kompetenzzentren "ABC Austrian Bioenergy Center" und "vif Das Virtuelle Fahrzeug" seit 2000 erwähnt werden. Im Laufe der Jahre haben sich wichtige Kontakte auf internationaler Ebene entwickelt, und zwar im Rahmen der Vereinigung der Großkraftwerksbetreiber (VGB), dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI), dem Österreichischen Nationalkomitee des Weltenergierates (WEC), der Internationalen Energieagentur (IEA) in den Implementing Agreements on Advanced Heat Pumping Technologies sowie Solar Heating and Cooling, im Rahmen des International Institute of Refrigeration (IIR/IIF) in Commission E2 Heat Pumps, Energy Recovery, und der European Heat Pump Association (EHPA). 5

6 Derzeitige Arbeitsgebiete am IWT Vom Institut für Wärmetechnik der Technischen Universität Graz werden in der Lehre die Bereiche Grundlagen der "Wärmetechnik und Wärmewirtschaft", "Kraft- und Heizkraftwerkstechnik", "Projekt- und Betriebsmanagement thermischer Anlagen", "Wärmepumpentechnik", "Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik", "Gebäudetechnik", "Sonnenenergienutzung", "Rationelle Energienutzung", "Fern- und Nahwärmesysteme", "Kernkraftwerkstechnik" sowie "Wärmetechnisches Mess- und Versuchswesen" vertreten. Die Hauptaktivitäten liegen dabei im Studienzweig Energie- und Umwelttechnik innerhalb der Fakultät Maschinenbau. Kooperationen in der Lehre bilden gemeinsame Lehrveranstaltungen mit den Instituten Thermische Turbomaschinen (TTM), Hydraulische Strömungsmaschinen (HFM), Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik (VKM) sowie die fakultätsübergreifende Wechselwirkung bei Lehrveranstaltungen mit den Fakultäten Architektur, Bauingenieurwesen und Elektrotechnik. Die Forschung am Institut ist derzeit auf die Schwerpunkte Bioenergienutzung (Vergasung und Kraft-Wärme-Kopplung), "Wirkungsgradsteigerung und Emissionsminderung von Wärmekraftwerken und Prozessen der Kraft-Wärme-Kopplung", Thermodynamische Modellierung von Gas- und Dampfturbinenprozessen, Wärmepumpentechnik, die Kältemittel-Problematik, Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, "Brennstoffzellen-BHKW-Technik Teilsolares Heizen, Niedrigenergiehäuser und "thermische Gebäudesimulation" konzentriert, wobei theoretische Arbeiten (Computersimulationen) und experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden. Das Spektrum umfasst also sowohl weite Bereiche des Umwandlungssektors als auch den größten Teil des Endenergieeinsatzes bis hin zur Energiedienstleistung sowie die daraus resultierenden Umweltauswirkungen, insbesondere den anthropogenen Treibhauseffekt. Publikationen über das IWT und die TU Graz /1/ Josef W. Wohinz (Hrsg.): Die Technik in Graz, Aus Tradition für Innovation, Böhler Verlag Wien, /2/ Lorenz, K.R.: Die bauliche Entwicklung der Technischen Hochschule in Graz. Gedenkschrift zur Hundertfünfzig-Jahrfeier der Technischen Hochschule in Graz, Universitäts-Buchdruckerei Styria, Graz, /3/ Die Laboratorien der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der technischen und montanistischen Hochschule Graz-Leoben. Im Verlag der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Technischen und Montanistischen Hochschule Graz-Leoben, /4/ Fritz Hohenberg: Die Technische Hochschule in Graz. Sonderdruck aus: Die Steiermark, Land, Leute, Leistung. II. Auflage, /5/ Festschrift zur 150. Wiederkehr des Gründungstages der Technischen Hochschule in Graz. Universitäts-Buchdruckerei Styria, Graz, /6/ Institutspräsentation des Instituts für Wärmetechnik, Eigenverlag, April