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TU Berlin

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Forschungsgebiete

Die Forschung am Fachgebiet Maschinen- und Energieanlagentechnik lässt sich in drei Bereiche gliedern, die eng miteinander verzahnt sind.

  • Wärme- und Stoffübertragung
  • Kältetechnik, Wärmepumpen und Wärmespeicher
  • Energieeffizienz und Energiesystemtechnik

Wärme- und Stoffübertragung

Technische Apparate zur Energie- und Stoffumwandlung, wie sie in Kraftwerken, der chemischen Industrie und vielen weiteren Anwendungen vorkommen, benötigen Schnittstellen, um Energieströme in Form von Wärme und/oder Stoffströme aufzunehmen oder abzugeben. Zur Prozessintensivierung ist eine besonders effiziente Ein- und Auskoppelung der Wärme- und Stoffströme erforderlich. Dies kann entweder die Energieeffizienz der Prozesse steigern oder die Apparate können leichter, kompakter und damit häufig auch kostengünstiger ausgeführt werden. Ein grundlegendes Verständnis der in gängigen Prozessen vorkommenden Mechanismen von Wärme- und Stofftransport kann wichtige Hinweise zur Verbesserung dieser Prozesse geben.

Die am Fachgebiet untersuchten wärmegetriebenen Kälteanlagen sind explizite Beispiele  für die Bedeutung von Wärme- und Stoffübergang. Alle maßgeblichen ein- und ausgehenden Energieströme werden in Form von Wärmeströmen übergeben. Die technische Arbeit spielt nur eine untergeordnete Rolle. Außerdem ist bei Sorptionskälteanlagen auch der intern stattfindende Stofftransport eine bestimmende Größe für die Prozessqualität und damit die Effizienz der Gesamtanlage. Die Forschungsschwerpunkte des Fachgebietes behandeln hauptsächlich Phänomene mit Phasenumwandlung, wie zum Beispiel Siedephänomene beim Blasensieden, gekoppelten Wärme- und Stoffübergang bei Ab- und Desorptionsvorgängen in Absorptionskälteanlagen oder Kondensationsvorgänge.

Laufende Projekte im Bereich Wärme- und Stoffübertragung

Kältetechnik, Wärmepumpen und Wärmespeicher

Der Einsatz von Raumklimageräten wächst weltweit in starkem Maße. Da die Klimageräte überwiegend elektrisch betrieben werden, nehmen auch der Stromverbrauch und damit die CO2-Emissionen zu. Zudem kommt es besonders in der heißen Jahreszeit zu einer hohen Netzbelastung. Am Fachgebiet wird daher seit 2002 an alternativen Möglichkeiten der Kälteerzeugung geforscht. Hauptsächlich beschäftigen wir uns mit Absorptionskälteanlagen [1] (Arbeitsstoffpaare: Wasser/LiBr, Ammoniak/Wasser, Wasser/Schwefelsäure sowie Wasser/ionische Flüssigkeiten), die thermisch statt elektrisch angetrieben werden. Die Antriebsenergie wird dabei solar (solare Kälteerzeugung/solares Kühlen [2]) oder durch Abwärme, z.B. von BHKWs, HKWs (Kraft-Wärme-Kältekopplung/KWKK) bzw. Industrieprozessen bereitgestellt. Auf diesem Gebiet erforschen wir Grundlagen (z.B. Absorptionsmechanismen, Wärme- und Stoffübergang), entwickeln und testen Komponenten, bauen Prototypen und beschäftigen uns mit den Gesamtsystemen (Monitoring, Simulation, Optimierung). Weitere Forschungsschwerpunkte sind Absorptionswärmepumpen, Wärmetransformatoren, Dampfstrahlkälteanlagen, photovoltaisches Kühlen und Wirbelrohre.

Am Fachgebiet wird außerdem an Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung und Energiespeicherung geforscht. Das Spektrum der Forschungsthemen reicht von Wärmeübertrager-Optimierung bis zur chemischen Energiespeicherung. Exemplarisch hierfür stehen der sogenannte Honigmann-Prozess, bei dem ein Sorptionsprozess zur Speicherung thermischer oder mechanischer Energie genutzt wird, die hydrothermale Karbonisierung, bei der Kohle aus Biomasse erzeugt wird sowie die Nutzung von Abgasenergie zur Ladeluftkühlung im Projekt Heat2Cool. In allen Bereichen erstellen wir auch Studien zum Stand der Technik, Potentialen sowie Machbarkeit.

Laufende Projekte im Bereich Kältetechnik, Wärmepumpen und Wärmespeicher

Energieeffizienz und Energiesystemtechnik

Die Verfügbarkeit von Energie stellt die Grundlage der industriellen Entwicklung dar. Fossile Energieträger können als biogen gespeicherte Energie betrachtet werden, welche relativ gut speicher- und transportfähig, allerdings nicht in unendlichem Maße vorhanden sind und durch ihre Nutzung zum Treibhauseffekt beitragen. Regenerative Energien weisen meist geringere Energiedichten, eine geringere Transportfähigkeit, sowie eine höhere Fluktuation in der Verfügbarkeit auf. Beides macht eine effiziente Nutzung sowie neue Methoden der Zwischenspeicherung notwendig.

Am Fachgebiet wird deshalb an Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung und Energiespeicherung geforscht. Hierbei wird z.B. Prozessabwärme, die ansonsten ungenutzt an die Umgebung abgegeben würde, entweder direkt genutzt oder zur späteren Nutzung zwischengespeichert. Ein Beispiel der direkten Nutzung ausgekoppelter Restwärme sind thermisch angetriebene Kälteanlagen. Das Spektrum der untersuchten Forschungsthemen reicht von Wärmeübertrager-Optimierung bis zur chemischen Energiespeicherung. Exemplarisch hierfür stehen der sogenannte Honigmann-Prozess, bei dem ein Sorptionsprozess zur Speicherung thermischer oder mechanischer Energie genutzt wird, die hydrothermale Karbonisierung, bei der Kohle aus Biomasse erzeugt wird sowie die Nutzung von Abgasenergie zur Ladeluftkühlung im Projekt Heat2Cool.

Laufende Projekte im Bereich Energieeffizienz und Energiesystemtechnik

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