Prüfstand zur Untersuchung des Betriebsverhaltens von CO 2 -Kälteanlagen

Transkript

1 und Fluid- Prüfstand zur Untersuchung des Betriebsverhaltens von CO 2 -Kälteanlagen Schweizer Kälte-Forum 2013, 22. November 2013 Prof. Dr. Frank Tillenkamp / Markus Krütli, BSc

2 und Fluid- ZHAW Winterthur

3 Leistungsbereiche und Fluid- Forschung & Entwicklung Studium Weiterbildung Dienstleistungen

4 Studium und Fluid- Entwicklungsingenieur/-in Elektrotechnik Energie- und Umwelttechnik Maschinentechnik Material und Verfahrenstechnik Systemtechnik Mechatronik Medizintechnik Informatikingenieur/-in Informatik System- und Prozessingenieur/-in Aviatik Verkehrssysteme Wirtschaftsingenieurwesen

5 Energie- und Umwelttechnik Studium und Fluid- Schwerpunkt Thermische Erneuerbare Energien Schwerpunkt Elektrische Erneuerbare Energien Schwerpunkt Umwelt und Nachhaltigkeit Solar- und Geothermie Industrielle Energieeffizienz Abgas- und Abwasserbehandlung Wind- und Wasserkraft Wärmepumpen und Kältetechnik Brennstoffzellen und Verbrennung Grundlagen der Leistungselektronik Leistungselektronik zur Einspeisung von Windund Solarstrom Photovoltaik: Modulproduktion und Performance Elektrische Speicher Smart Grid und Power Grid Innovationsmanagement Geschäftsmodelle in Energie- und Umwelttechnik Foresight und Zukunftsmethodik Energie- und Umweltszenarien Systemwissen (vernetztes Denken) Biogene Energieträger und deren Einsatz

6 Maschinentechnik Studium und Fluid- Studienrichtung Allgemeine Maschinentechnik Biomechanical Energie- und Verfahrenstechnik Integrierte Entwicklung und Produktion Leichtbautechnik System- und Automatisierungstechnik Thermische Erneuerbare Energien

7 und Fluid- Fachgruppen und Fluid- Erforschung und Förderung von natürlichen Kältemitteln Beitrag zur Energieeffizienz Ausbau der Kältetechnik in der Ing.-Ausbildung Branchenzugang für Absolventen erleichtern Unterstützung der Branche mit Fachkräften für und Planung Stärkung der Kältetechnik in der FH-Landschaft

8 Kältetechnik am IEFE und Fluid- Mobile Messeinrichtung Nichtinvasive Vor-Ort Messungen Langzeitaufzeichnungen Feld- Untersuchungen IEFE Modelle Simulationen Experimentelle Untersuchungen JAZ-Tool Berechnung von Energiebedarf und Kosten Fein parametrierbar zur Berechnung vielfältiger Szenarien Kältelabor Untersuchung von Kreisprozessen Verhalten von Maschine und Komponenten in verschiedenen Betriebszuständen Vergleich von Kältemitteln

9 Kältelabor für Forschung und Ausbildung und Fluid- Kälteanlage auf dem aktuellen Stand der Technik Idee entwickelt und umgesetzt mit den Firmen Scheco AG und Leplan AG Zwei Referenzmaschinen basierend auf den Kältemitteln CO 2 und R134a Platz für eine weitere Maschine Gleichzeitiger Betrieb in beliebigen Zuständen möglich Umfassende Instrumentierung zur Echtzeitauswertung und Visualisierung der Kreisprozesse

10 Vereinfachtes Anlagenschema und Fluid

11 CO 2 Maschinen-Schaltungen und Fluid- Einfacher Kreis Enthitzer Gaskühler Verdampfer Unterkühler

12 CO 2 Maschinen-Schaltungen und Fluid- Prozess mit Flashgas Einspritzung Enthitzer Gaskühler Verdampfer Unterkühler

13 CO 2 Maschinen-Schaltungen und Fluid- Prozess mit Parallelverdichter Enthitzer Gaskühler Verdampfer Unterkühler

14 CO 2 Maschinen-Instrumentierung und Fluid- Druck p2 Enthitzer p1 Gaskühler Verdampfer p6 p5 Unterkühler

15 CO 2 Maschinen-Instrumentierung und Fluid- Temperatur t2 t2a t2b Enthitzer t1 t6a t3 Gaskühler t9 t10 t11 t7 Verdampfer t8 t5 t4 t6' Unterkühler

16 CO 2 Maschinen-Instrumentierung und Fluid- Massenstrom el. Leistung Pel Enthitzer Pel m6a Gaskühler m8 Verdampfer Unterkühler

17 CO 2 Maschinen-Instrumentierung und Fluid- Temperatur Volumenstrom Enthitzer V t Gaskühler t V t t t t V Verdampfer t t Unterkühler V

18 Visualisierung und Fluid

19 Erste Messresultate und Fluid- Performancevergleich Flashgaseinspritzung / Parallelverdichtung FG t0 = -5 C PV t0 = -5 C COP (-) T3 (Gaskühler Austritt, C)

20 Erste Messresultate und Fluid- Performancevergleich Flashgaseinspritzung / Parallelverdichtung COP (-) FG t0 = -10 C FG t0 = -5 C PV t0 = -10 C PV t0 = -5 C T3 (Gaskühler Austritt, C)

21 Möglichkeiten der CO 2 Anlage und Fluid- Aktuelle Fragestellungen Welche Schaltungen sind wie effizient? Welche Komponenten wirken sich wie auf den Prozess aus? Wie arbeiten die Komponenten im Detail? Wie lässt sich Abwärme nutzen? Was sind die Auswirkungen auf den Jahresenergieverbrauch? Wo kann CO 2 R134a ersetzen?

22 Positionierung des IEFE und Fluid- Verbindung zwischen Branche und Ingenieurschule stärken Studenten in Forschungsthemen ausbilden Neuentwicklungen / Komponenten Untersuchungen Maschinenschaltungen untersuchen Begleitung der Kältemittelentwicklung Jahresenergieverbräuche Verbraucherbetrachtungen

23 und Fluid- Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit