Institut für erneuerbare Energien und energieeffiziente Anlagen Institut für erneuerbare Energien und energieeffiziente Anlagen

Die Studierenden sollen den grundsätzlichen Aufbau und die Funktion von Apparaten in einer Anlage erkennen und den Stand der Technik in den Apparatebau einfließen lassen. Der Zusammenhang zwischen der Funktion und der Konstruktion eines Apparates soll erkannt werden.

Neben der verfahrensabhängigen Materialauswahl sollen die Studierenden die Belastungen von Apparaten identifizieren und in ein Berechnungsverfahren überführen können.

Die Studierenden sind in der Lage, die Berechnung von Apparaten auf der Grundlage einer Spannungsanalyse am zylindrischen Behälter vorzunehmen. Mit dieser Basis werden die Berechnungen nach AD-Regelwerk bzw. DIN-Normen für dünnwandige Behälter eingeordnet.

In dem dazugehörigen Labor werden Untersuchungen zu Spannungshypothesen, zu den an dünn- und dickwandigen Rohren auftretenden Spannungen, zu Spannungen in ebenen Böden, zur Gestaltung von Wärmeübertragungsapparaten, zum Betrieb von Apparaten, zur Wärmeleitung und Ausdehnung von Metallen durchgeführt.

Brennwerttherme

Die Anlage besteht aus einer handelsüblichen mit Erdgas betriebenen Brennwerttherme, die für die Belange der HAW Hamburg modifiziert wurde.

Sie ist mit einem 500-l-Wasserspeicher verbunden und mit zusätzlicher Messtechnik ausgestattet.

In Verbindung mit den am Institut vorhandenen IKA-Kalorimetern stellt die Therme eine Vertiefung des Themas Brenn- und Heizwert dar.

Durchführbare Laborübungen:

• Bilanzierung von Brennwertsystemen
• Abgasmessungen
• Aufheizverhalten eines Wärmespeichers
• Untersuchung des Systems Brennwerttherme/Wärmespeicher.

Wärmepumpe/Speicher

Der Versuchsstand besteht aus:

• einer industriellen Wärmepumpe
• einem Wärmespeicher
• der erforderlichen erweiterten Mess-, Steuer- und Regelungstechnik sowie der erforderlichen Versuchsauswerteeinheit
• Erweiterung der an den industriellen Systemen vorhandenen Messtechnik zur Bilanzierung und thermodynamischen Untersuchung des Prozesses

Aufgabenstellungen:

• Bilanzierung von Wärmepumpensystemen
• Ermittlung der Leistungsziffer
• Abhängigkeit der Leistungsziffer von der Wärmequelle
• Aufheizverhalten eines Wärmespeichers
• Untersuchung des Einflusses der Nutzung eines Wärmespeichers auf die Leistungskennziffer
• Untersuchung des Systems Wärmepumpe/Wärmespeicher

Strömungsmaschinen spielen sowohl im Bereich konventioneller als auch erneuerbarer Energiewandlung eine wesentliche Rolle, zum Beispiel als Kernstück hocheffizienter Gas-und-Dampf-Kraftwerke (GuD), aber auch in Wasser- oder Wellenkraftwerken.

Die thermodynamischen und konstruktiven Grundlagen erlernen Sie in diesem Modul.

Kolbenmaschinen, also Verbrennungsmotoren und Kolbenverdichter, sind aus kaum einem Bereich der Industrie wegzudenken.

Die Anforderungen gerade der letzten Jahre und der damit verbundene technologische Wandel haben eine extreme Erhöhung der Komplexität der Kolbenmaschinen bewirkt – vom klassischen mechanischen Kolbentriebwerk zum integrierten mechatronischen Gesamtsystem, das alle Bereiche des Maschinenbaus tangiert.

Mit der Bereitstellung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff, Methanol, Biogas oder anderen synthetisch erzeugten Kraftstoffen stellen Verbrennungsmotoren auch für die nächsten 50 Jahre eine wirtschaftlich bedeutende und ökologisch sinnvolle Brückentechnologie im Rahmen der Energiewende in die Zukunft dar – mit dem Potential einer ausgeglichenen Klimabilanz und Schadstoffemissionen an der Nachweisgrenze.

Im Rahmen unseres seminaristischen Unterrichts und der Praxismodule beschreiben und analysieren die Studierenden die Funktion von Kolbenverdichtern und Verbrennungsmotoren in klassischen und innovativen Ausführungen und Anwendungen hinsichtlich Wirkungsgrad und Schadstoffemissionen. So lernen die Studierenden

• die thermodynamischen Grundlagen von Verbrennungsprozessen für ausgeführte Motoren anwenden können und einfache (nulldimensionale) Modelle zu erstellen
• verschiedene klassische und innovative Kraftstoffe hinsichtlich deren CO2-Bilanz und deren Effekte auf die motorische Verbrennung erläutern zu können
• Kennfelder verschiedener Anwendungen (Straßenfahrzeuge, Schiffe, Generatoren, BHKW, Hybridkonzepte) erklären und die Bedeutung für den Motor als Komponente im Gesamtsystem einzuordnen
• Schadstoffemissionen, deren Ursachen, Maßnahmen zur Reduktion sowie anwendungsabhängige gesetzliche Rahmen für Prüfzyklen und Grenzwerte erklären zu können
• innovative Konzepte zur Optimierung des Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren in Kleingruppen vorzustellen und zu diskutieren

Die jahrhundertealte Nutzung der Windenergie wurde in den letzten ca. 100 Jahren unterbrochen durch den temporären Boom der kohlenwasserstoffhaltigen Energieträger.

Auf einem technisch ganz neuen Level trägt die Windenergie mittlerweile schon wesentlich zur Stromversorgung in vielen Teilen der Welt bei. Lernen Sie den Stand der Technik kennen und gewinnen Sie einen Einblick in die künftige Weiterentwicklung hocheffizienter Windkraftanlagen.

Das Umwandeln der solaren Strahlungsenergie in thermische und elektrische Energie ist Inhalt des Moduls Solare Energiebereitstellung. Das vorlesungsbegleitende Labor vertieft die theoretischen Inhalte durch experimentelle Untersuchungen an verschiedenen Versuchsanlagen im Institut IEE.

Strahlungsmessung

Grundlage der Auslegung von Solarkollektoren ist das Wissen über die Einstrahlung der Sonne. Es werden verschiedene Arten von Solarstrahlung unterschieden, die mit verschiedenen Messgeräten gemessen werden können.

Messungen an Flach- und Vakuumröhrenkollektoren

Leistung und Wirkungsgrad von Flachkollektoren oder Röhrenkollektoren sind abhängig von der einfallenden Solarstrahlung. Um die Wirkungsgrade der verschiedenen Kollektoren in Abhängigkeit der unterschiedlichen Solarleistung experimentell zu bestimmen, werden die Kollektoren in einem Sonnensimulator im Institut IEE unter vorgegebenen Bedingungen untersucht.

Photovoltaik

Mit Hilfe von Photovoltaikmodulen wird die Strahlungsenergie der Sonne direkt in elektrische Energie umgewandelt. Der Wirkungsgrad der Module ist unter anderem abhängig von dem Neigungswinkel der Module und auch der Verschattung der Anlage. Diese Einflussgrößen werden an einer Versuchsanlage im Institut IAR untersucht.

Die Herausforderung, konventionelle Energieträger abzulösen, führt auch zu der Überlegung, welche Rolle nachwachsende Rohstoffe haben können.

Lernen Sie - jenseits von Themen wie Nutzungskonkurrenz - die technischen Möglichkeiten und Herausforderungen dieses Ansatzes der Energiewandlung kennen.

Regenerative Energien stehen leider selten dann zur Verfügung, wenn Sie technisch genutzt werden sollen. Um regenative Energien technisch zu nutzten, müssen Speicher zur Verfügung stehen. Die Energie wird dann entweder elektrisch, chemisch oder thermisch gespeichert werden. Im Modul Thermische Speicher werden entsprechend thermische Speicher betrachtet. Das vorlesungsbegleitende Labor vertieft die theoretischen Inhalte durch experimentelle Untersuchungen an verschiedenen Versuchsanlagen im Institut IEE.

Sensible Speicher

Die am häufigsten verwendete Speicherart ist der sensible Speicher. Wird dem Speicher Wärme zugeführt, so erhöht sich die Temperatur des Speichermediums. In Niedertemperatursystemen wird üblicherweise Wasser als Speichermedium verwendet. Im Institut IEE stehen verschiedene sensible Speicher zur Verfügung, an denen experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden.

Latentwärmespeicher

Führt die einem Speicher zugeführte Wärme zu einem Phasenwechsel, so wird der Speicher als Latentwärmespeicher bezeichnet. Üblicherweise wird dann durch das Zuführen von Wärme ein Feststoff geschmolzen, wie es in einem Eisspeicher oder einem Paraffinspeicher der Fall ist.

Thermochemische Speicher (Zeolithspeicher)

Für thermochemische Speicher werden unterschiedliche thermische Reaktionen genutzt. In dem thermochemischen Speicher, der im Institut IEE verwendet wird, lagert sich Wasserdampf aus einem Wasserdampf- Luft- Gemisch an dem stark hygroskopisch wirkenden Zeolith an. Dabei wird Wärme frei gesetzt, der Speicher wird entladen. Soll der Wasserdampf wieder von dem Zeolith gelöst werden, muss dann wiederum Wärme zugeführt werden, der Speicher wird also Beladen. Diese Be- und Entladevorgänge werden im Labor experimentell untersucht.

Für heutige Komfortwünsche ist das Kühlen von Räumen und Materialien ein wesentlicher Bestandteil. In dem Modul Kältetechnik werden verschiedenen Kälteanlagen und Kältemittel betrachtet. Das vorlesungsbegleitende Labor vertieft die theoretischen Inhalte durch experimentelle Untersuchungen an verschiedenen Versuchsanlagen im Institut IEE.

Kompressionskälteanlagen

In der Kältetechnik werden üblicherweise Kompressionskälteanlagen verwendet. Die Wärme wird mit Hilfe eines Wärmeübertragers dem Kühlraum entzogen. Das erwärmte Kältemittel wird dann mit Hilfe eines Kompressors auf einen höheren Druck verdichtet. Dadurch wird auch die Temperatur des Kältemittels erhöht. Der Kompressor benötigt elektrische Energie. Die Wärme wird dann mit der höheren Temperatur an die Umgebung abgegeben. Das Kältemittel wird mit einer Drossel entspannt. Die Funktionsweise einer Kälteanlage entspricht der Funktionsweise einer Wärmepumpe.

Absorptionskälteanlagen

In Absorptionskälteanlagen wird ein thermischer Verdichter verwendet, um die Wärme, die dem Kühlraum entzogen wurde, auf ein Temperaturniveau zu heben, das über der Umgebungstemperatur liegt. In dem thermischen Verdichter wird das verdampfte Kältemittel in einem flüssigen Lösungsmittel gelöst. Das Lösungsmittelgemisch wird dann mit Hilfe einer Pumpe zu einem Austreiber gefördert. Dort wird das Kältemittel auf einem höheren Temperaturniveau verdampft und dem Kältemittelkreislauf zugeführt. Für das Verdampfen des Kältemittels kann z. B. solare Wärme eingesetzt werden. Absorptionskälteanlagen werden daher üblicherweise verwendet, wenn solare Wärme oder Abwärme zur Verfügung steht.

Um den Aufenthalt in Gebäuden behaglich zu gestalten, werden diese häufig geheizt oder gekühlt und der Wasserdampfanteil der Luft reguliert. Im Modul Heizungs- und Klimatechnik werden verschiedene Anlagen vorgestellt, mit denen die Konditionierung der Luft durchgeführt wird. Das vorlesungsbegleitende Labor vertieft die theoretischen Inhalte durch experimentelle Untersuchungen an verschiedenen Versuchsanlagen im Institut IEE.

Klimaanlage

Um die Raumluft in einem Gebäude zu konditionieren, werden vielfach Vollklimaanlagen verwendet. Im Institut IEE wird eine Vollklimaanlage verwendet, die eine integrierte Kälteanlage und einen Dampfbefeuchter umfasst. Damit ist es möglich, die Luft zu heizen und zu kühlen, sowie zu be- und zu entfeuchten. Mit Hilfe der Anlage können die Zustandsänderungen im h(1+x), x-Diagramm betrachtet werden.

Sole-Wasser-Wärmepumpe

Zur Gebäudebeheizung werden vor allem im Neubau zunehmend Wärmepumpen verwendet. Im Institut IEE ist eine Sole-Wasser-Wärmepumpe aufgebaut. Ein großer Wassertank simuliert dabei das Wärmereservoir des Erdreichs. Mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen wird die Funktionsweise der Wärmepumpe und die Abhängigkeit der Leistungszahl der Wärmepumpe von verschiedenen Einflussgrößen betrachtet.