Förderung einer Dissertation an der Universität Kassel, Fachgebiet Umweltgerechte Produkte und Prozesse (Sept. 2013 bis Feb. 2016)

Bisherige Ergebnisse | Dienstag, 11. Oktober 2016

Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Jens Hesselbach

Titel der Dissertation: Steigerung der Energieeffizienz durch die Kopplung von lokalen Kühlkonzepten mit einer übergeordneten Regelung.

Johannes Wagner
Lokale Klimatisierung temperatursensibler Produkte
Experimentelle Untersuchungen und energetische Potentialanalyse

Bei der Herstellung, Verpackung und Lagerung von temperatursensiblen Produkten entfällt  ein Großteil der thermischen Energie auf die Klimatisierung der Produkte. In vielen Fällen wird dazu die gesamte Raumluft der Produktionsräume auf die gewünschten Konditionen eingestellt, obwohl nur in der unmittelbaren Umgebung der Produkte hohe Anforderungen an die Lufttemperatur und -feuchtigkeit gestellt werden müssen. Der Fokus dieser Dissertation liegt auf der Reduzierung des zu klimatisierenden Raumvolumens auf die tatsächlich notwendigen Bereiche, um den Energiebedarf der raumlufttechnischen Anlagen zu senken.

Ausgangspunkt der Forschungsarbeit ist die Untersuchung des thermischen Verhaltens der zu klimatisierenden Produkte. Ausgehend von den experimentellen und simulativen Ergebnissen werden lokale Klimatisierungskonzepte entwickelt und anhand verschiedener Versuchsaufbauten erprobt. Die Entwicklung dynamischer Modelle zur thermischen Simulation der Produktumgebung und der Produktionshalle sowie zur Berechnung der Energiebedarfe der raumlufttechnischen Anlagen bilden die Basis zur energetischen Bewertung der Klimatisierungskonzepte.

Im Rahmen einer Szenarienanalyse wird der jährliche Energiebedarf für das Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten sowie das Bewegen der Luft berechnet und das energetische Einsparpotential durch den Einsatz der lokalen Klimatisierungskonzepte dargestellt. Dabei spielt der Einfluss produktionsspezifischer Daten ebenso eine Rolle wie standortabhängige Wetterdaten. Es wird gezeigt, dass eine lokale Klimatisierung temperatursensibler Produkte in Kombination mit einer Schichtlüftung sowohl die Produktqualität als auch ein behagliches Klima für die Mitarbeiter gewährleistet und gleichzeitig ein erhebliches energetisches Einsparpotential aufweist.

Johannes Wagner
Localized Climatization of Perishable Products

Experimental Studies and Energetic Potential Analysis Production and packaging areas of perishable products require a significant demand from air temperature and air humidity control. This leads to high thermal energy demand on the HVAC system. In many cases, though the entire production hall is normally air-conditioned, the products are only located in some small parts of the overall production area. From an energy efficiency and sustainability point of view, it is a best practice to only air condition such locally small areas in which the products require an adequate climate control. This study focuses on the reduction of the HVAC system’s energy demand by implementing localized product cooling systems.

In the beginning, thermal behavior of perishable products is carefully analyzed. Moving
onwards, local climatization concepts are developed and evaluated accordingly based on both  experimental and simulation results. The modeling of the thermal behavior of the product  environment and the production hall as well as the identification of the energy demand of the HVAC system forms a basis of the energy evaluation of the local climatization concepts.

The annual energy savings by using a localized climatization are quantified within a case analysis. The energy demand for the heating, cooling, humidification, and dehumidification of the air as well as the electric energy of the fan are considered. This involves both production related and location dependent data. This dissertation shows that localized climatization combined with stratified ventilation in a production hall ensures the product quality and the employee comfort while the energy demand decreases significantly.