Bachelorarbeit Thorsten Driemeier

 

Aufbau eines Prüfstands für die automatisierte Leistungsbestimmung von Luft-Wasser-Wärmeübertragern

Temperaturverteilung stromab des Luft Wasser Wärmeübertragers Urheberrecht: EBC Temperaturverteilung stromab des Luft Wasser Wärmeübertragers

Raumlufttechnische Systeme spielen eine wichtige Rolle bei der Schaffung eines behaglichen Raumklimas. Eine der wichtigsten Aufgaben dieser Systeme ist die Abführung von thermischen Lasten, wie sie zum Beispiel in Bürogebäuden auftreten. Dabei kommt es häufig vor, dass diese Lasten hohe Kühlleistungsdichten erfordern. Trotz hoher Kühlleistungsdichte muss weiterhin eine zugfreie Belüftung gewährleistet sein. Gerade für diese Anwendungsfälle ist der Deckeninduktionsdurchlass (DID) besonders geeignet. Ein DID kombiniert einen Zuluftdurchlass an der Decke, welcher den Raum mit zentral konditionierter Luft versorgt, mit einem Luft‑Wasser‑Wärmeübertrager zur Abfuhr der thermischen Lasten.

Für die Leistungsbestimmung von Luft‑Wasser‑Wärmeübertragern zur Anwendung in einem DID wird ein Prüfstand aufgebaut. Dieser Prüfstand erlaubt es, neben der wasserseitigen Leistung, den wasserseitigen Druckverlust und das luftseitige Temperaturprofil hinter dem Wärmeübertrager zu erfassen. Während der Planung des Prüfstands werden zunächst die entscheidenden Systemvariablen anhand der Beschreibungsgleichungen eines Wärmeübertragers identifiziert und die Auslegungsgrößen für den Prüfstand definiert. Es wird ein Konzept erarbeitet und die Pflichten werden festgelegt. Daraufhin werden die einzelnen Prüfstandskomponenten ausgelegt und konstruiert, wobei besonderer Wert auf eine genaue Messung gelegt wird. Die Bedienung erfolgt über eine Kontrollsoftware, welche in der Programmierumgebung LabVIEW erstellt wird. Mittels dieser Kontrollsoftware können Messungen automatisiert durchgeführt werden, wodurch der Arbeitsaufwand einer Messreihe minimal gehalten wird. Für die verschiedenen Regelgrößen werden Regler nach den klassischen Einstellregeln der Automatisierungstechnik entworfen. Es werden Abschätzungen für die systematischen und zufälligen Messfehler getroffen. Abschließend wird die Funktion des Prüfstands nachgewiesen, indem die Kennlinienverläufe eines Wärmeübertragers für Leistung und Druckverlust, sowie das Temperaturfeld aufgezeichnet werden.

Ausgehend von den Ergebnissen dieser Arbeit können Messungen an Wärmeübertragern verschiedener Geometrien durchgeführt und miteinander verglichen werden. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Optimierung des Wärmeübertragers auf eine gewünschte Zielgröße. Das Temperaturfeld stromab des Wärmeübertrager kann untersucht werden. Weiterhin erlaubt es die optische Zugänglichkeit der Wärmeübertrageraufnahme die Anwendung optischer Messverfahren.