MiniKüWeE

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird das energetische und wirtschaftliche Potential des Einsatzes von Wärmerohren in Kombination mit erneuerbaren Energien zur Minimierung des Kühlenergiebedarfs von Nichtwohngebäuden und einer entsprechenden Lastflexibilisierung untersucht. Hierbei soll eine passive Wärmeabfuhr durch Einbringung von Wärmerohren als thermische Bauteilaktivierung erreicht werden. Die CO2-Einsparung durch eine Kopplung der passiven Kühlung mit weiteren Elementen zur Gebäudeversorgung ist wesentlich von der Technologie sowie von der Systemintegration abhängig und wird daher auch im Rahmen des Forschungsvorhabens näher betrachtet.

Anhand von Strömungssimulationen (CFD) wird der Einfluss einer mit Wärmerohr aktivierten Umschließungsfläche (Decke, Wand, Boden) auf die jeweilige Raumluftströmung, die Temperaturverteilung sowie die thermische Behaglichkeit im Raum bewertet. Das Raumluftströmungsmodell wird darüber hinaus mit einem (CSM-)Modell zum thermischen und mechanischen Verhalten der Tragstrukturen gekoppelt. Somit ist es möglich, den Wärmetransport und die Wärmespeicherung in den Tragstrukturen in Abhängigkeit des Raumklimas und der thermischen Wirkung der Wärmerohre zu untersuchen und zu optimieren.

In einem weiteren Modell zur Abwärmenutzung werden verschiedene Technologien in Abhängigkeit der Rücklauftemperaturen in der Kondensationszone der Wärmerohre analysiert. Darüber hinaus sind experimentelle Untersuchungen zur Leistungsprüfung der Wärmerohre, zu Wechselwirkungen zwischen einem Deckenelement und dem angrenzenden Raumvolumen sowie zur Parameteridentifikation der numerischen Modelle geplant. Anhand der Versuche kann somit geprüft werden, welche Auswirkungen die Deckenelemente auf den Raumzustand und damit die thermische Behaglichkeit der Personen haben. Für die Versuche wird ein Typraum mit im Deckenelement integrierten Wärmerohren konzipiert, gebaut und messtechnisch ausgerüstet.

Der Einsatz von bauteilintegrierten Wärmerohren für die passive Kühlung von Räumen ermöglicht eine Reduzierung des Kühlenergiebedarfs und somit eine Verringerung der Investitions- und Betriebskosten für die Anlagentechnik. Davon können sowohl Baufirmen, Bauherren und Gebäudebetreiber als auch die Gebäudenutzer profitieren. Aufgrund des steigenden Kältebedarfs insbesondere in Nichtwohngebäuden (z.B. Büro- oder Industriegebäude) liegt bei entsprechender Eignung der Wärmerohre ein breites Anwendungsfeld vor.

Mit dem beantragten Projekt können erste praktische Erfahrungen mit Wärmerohren zur passiven Raumkühlung gesammelt werden. Daneben können durch die numerischen Untersuchungen eine Vielzahl an Anwendungsbereichen und Konfigurationen für die bauteilintegrierten Wärmerohre betrachtet und deren Einsatzpotentiale ermittelt werden. Neben der wissenschaftlichen Nutzung der Ergebnisse wird durch die gemeinsame Erarbeitung der Lösungen mit den beteiligten Industriepartnern im Projekt ermöglicht, dass die Ergebnisse auch in der Praxis schnell umgesetzt werden können.

02/2021 – 01/2024

BMWK, PTJ, Förderkennzeichen 03ETW025A

Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung (IWS) der Universität Stuttgart
Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE) der Universität Stuttgart
HTWG Hochschule Konstanz Technik, Wirtschaft und Gestaltung
Herrenbauer & Kurz Ingenieurgesellschaft mbH
MPG Wärmetechnik GmbH