Modellierung von offenen Absorptionsanlagen zur Raum- und Prozessluftentfeuchtung

Luftentfeuchtung erfolgt in herkömmlichen Trocknungs- und Klimatisierungsanlagen durch eine Kühlung der feuchten Luft unter ihren Taupunkt (Kondensationsentfeuchter) und einer anschließenden Erwärmung bis zu der gewünschten Temperatur. Das Prinzip dieser Betriebsweise birgt einen unnötigen Stromverbrauch. In der vorliegenden Dissertation wird daher ein alternatives Luftentfeuchtungsverfahren beschrieben, bei dem die Luftentfeuchtung durch einen offenen Absorptionsprozess realisiert wird. In dem offenen Absorptionsprozess wird ein hygroskopisches Fluid mit der Prozessluft in Kontakt gebracht und durch Aufnahme der Luftfeuchte verdünnt. In einem weiteren Prozessschritt, der Regeneration, wird die Feuchte zeitversetzt durch Wärmezufuhr wieder aus dem Sorbens getrieben. Als Wärmequelle für den Regenerationsprozess kann z.B. die solarthermische Energie oder die Abwärme genutzt werden. Als Anwendungsgebiete des offenen Absorptionsprozesses sind sowohl die Produkttrocknung als auch Klimatisierungsanlagen, bei denen die Luft gleichzeitig gekühlt werden soll, zu nennen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von numerischen Komponenten- sowie Systemmodellen zur Beschreibung der Wärme- und Stoffübertragung in einem offenen Absorptionsprozess. Das entwickelte Komponentenmodell (Effektivitätsmodell) ist für die Simulation von Absorbern und Regeneratoren für verschiedene Geometrien wie zum Beispiel ebene Platten, Wellplatten und Rohrbündel anwendbar. Eingangsgrößen in das Modell sind neben den Geometrieangaben die Temperaturen und Massenströme der Fluide, die Wasserbeladung der Luft sowie der Massenanteil des Sorbens. Bezüglich des offenen Absorptionsprozesses kann das entwickelte Effektivitätsmodell den Absorptionsprozess sowohl ohne (adiabat) als auch mit interner Kühlung abbilden. Das Modell wird sowohl für den adiabaten und intern gekühlten Absorptionsprozess als auch für den Regenerationsprozess validiert. Die Validierung erfolgt sowohl mit Mess- als auch mit Simulationsdaten von drei unterschiedlichen Modellen, einem physikalischen, einem NTU-Le- und einem vereinfachten Kennlinienmodell. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Effektivitätsmodell wird in TRNSYS implementiert und zur Abbildung eines bestehenden offenen Flüssigsorptionssystems eingesetzt. Das Flüssigsorptionssystem besteht aus zwei Wärme- und Stoffübertragern, dem Absorber und Regenerator, aus zwei Sorbensspeichern und einer Wärmerückgewinnung. Eine Durchmischung zwischen den zwei Sorbensspeichern findet unter bestimmten Randbedingungen statt. Die Validierung des Systemmodelles erfolgt durch experimentelle Daten sowohl mit stationären als auch mit dynamischen Randbedingungen. Aufbauend auf den Validierungsergebnissen wird das Systemmodell mit Modellen von thermischen Solaranlagen und Gebäuden in TRNSYS gekoppelt. Es wird mit Jahressimulationen untersucht, inwiefern ein solarthermisch betriebenes Flüssigsorptionssystem für die Kondensatvermeidung in einem Industriegebäude anwendbar ist.