Applications of Paraffin-Water Dispersions in Energy Distribution Systems

Aachen / E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2017, 2018) [Buch, Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (xxviii, 177 Seiten) : Illustrationen

Kurzfassung

Das Thema dieser Arbeit ist die Bewertung der Verwendung von Paraffin-Wasser Dispersionen in verschiedenen Energieverteilungssystemen. Alle herkömmlichen thermischen Systeme, wie z.B. Fußbodenheizungen in Wohngebäuden oder Fernwärmenetze, verwenden vorwiegend Wasser als Wärme- und Kälteträger sowie Speichermedium. Die Verwendung von Phasenwechselmaterialien als Ersatz von Wasser zur Erhöhung der Speicherkapazität, ist in den vergangenen Jahrzehnten das Thema zahlreicher Studien gewesen. Jedoch haben nur wenige Studien das Verhalten der Phasenänderungsmaterialien in Form von Slurries in Energieverteilungssystemen abgedeckt, während keiner von ihnen die Anwendungen und Vorteile dieser Systeme im Detail untersucht hat.In der vorliegenden Arbeit werden die Vor- und Nachteile der Verwendung von Paraffin-Wasser Dispersionen in Heiz- und Kühlsystemen unter Verwendung der Modellierungs- und Simulationssprache Modelica untersucht. Zu diesem Zweck wird erst die Paraffin-Wasser Dispersion mathematisch modelliert. Das Modell umfasst alle Eigenschaften des Fluides, wie beispielsweise die thermodynamischen Eigenschaften der Strömung, das Phasenänderungsverhalten sowie die Wärmeübertragungseigenschaften. Das modellierte Fluid wird dann basierend auf verfügbaren Messdaten validiert und bestimmte Parameter werden dazu noch angepasst. Wegen der Messunsicherheiten werden Sensitivitätsanalysen für alle wichtigen Parameter des Fluides durchgeführt, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse sicherzustellen.Verschiedene thermische Anlagen einschließlich Fußbodenheizung und Strahlungskühlung, Wärmepumpe und solarthermische Anlagen sowie Fernwärme- und Kältenetze werden separat modelliert. Der Wärme-, bzw. Kälteträger in diesen Systemen wird ausschließlich durch das neue Paraffin-Wasser Dispersionsmodell ersetzt. Jedes System wird dann unter verschiedenen Bedingungen untersucht. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Verwendung von Paraffin-Wasser Dispersionen zwar zu einer Verringerung der Spitzentemperaturen und damit der Wärmeverluste führt, der Anstieg des Energieverbrauchs der Pumpe aufgrund der höheren Viskosität von Slurries jedoch signifikant bleibt, wodurch die Vorteile durch verminderter Wärmeverluste in kleineren Systemen verringert werden. Andererseits ermöglicht die Verwendung von Paraffin-Wasser Dispersionen in Fernwärmenetzen eine Reduktion der Vorlauftemperatur um mehr als 50 %, ohne die Funktionalität des Systems zu beeinträchtigen. Dies sorgt nicht nur für eine höhere Effizienz des Systems, sondern auch für eine hohe Flexibilität. Somit eignen sich Paraffin-Wasser Dispersionen in Niedertemperatur-Wärmenetzen als Bestandteil zukünftiger Smart Cities. Das letzte Konzept ist ausführlich unter Berücksichtigung einer Kombination aus einem Rechenzentrum als Wärmequelle und mehreren Wohngebäuden, ausgestattet mit Wärmepumpen als Wärmesenken, analysiert.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Pooyan, Jahangiri

Gutachterinnen und Gutachter

Müller, Dirk
Hensen, Jan L. M.

Identifikationsnummern

  • ISBN: 978-3-942789-51-6
  • REPORT NUMBER: RWTH-2018-00135

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