HexTraSim - Optimale Modellierung von Wärmetauschern für transiente Simulationen

Bedingt durch die weltweit enorm große Anzahl an Kühlgeräten und dem damit verbundenen hohen Gesamtenergiebedarf des Kühlsektors sowie den daraus folgenden Emissionen sind die Hersteller von Kühlgeräten gefordert, noch effizientere Geräte zu entwickeln, welche eine bestmögliche Energienutzung gewährleisten sollen. Da die Klimadebatte mittlerweile auch in der Gesellschaft eine hohe Bedeutung besitzt, spielt die Effizienz von Kühlgeräten auch bei der Kaufentscheidung eine wichtige Rolle. Nach dem bisherigen Wissenstand am Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik über den Kälteprozess und insbesondere über dessen Modellierung stellen die Wärmetauscher die Komponenten dar, die noch die größte Unsicherheit und damit auch das größte Potential hinsichtlich der Effizienz bergen. Im Zentrum des geplanten Forschungsprojekts steht daher die Vertiefung der grundlegenden Kenntnisse über die verwendeten Wärmetauscher in Haushaltskühlgeräten, um in weiterer Folge deren energetische Ausnutzung und damit den gesamten Kältekreislauf zu optimieren. Dies schlägt sich in einer Effizienzsteigerung nieder, die vor allem bei globaler Betrachtung der hohen Anzahl an Kühlgeräten einen deutlichen Rückgang des Stromverbrauchs und der damit verbundenen Emissionen zufolge hat. Diese grundlagennahe Forschung an Wärmetauschern erfolgt mittels einer experimentellen Untersuchung auf einem Kalorimeter-Prüfstand sowie durch eine simulatorische Analyse (CFD). Um die Wärmetauscher in hoher Genauigkeit modellieren und damit in einer 1D-Kältekreislaufsimulation verwenden zu können, wird die sogenannte Methode der Einflussfaktoren angewandt. Die Einflussfaktoren sollen experimentell sowie simulationsbasiert ermittelt und beide Methoden bezüglich ihrer Tauglichkeit für die Anwendung in einem Entwicklungsprozess verglichen werden. Durch die experimentelle Vermessung transienter Betriebsbedingungen des Gesamtgeräts wird das mit den Wärmetauschern bestückte 1D-Kältekreislaufmodell validiert. Mithilfe dieses 1D-Kältekreislaufmodells sind in Folge tendenzielle Vorhersagen der Energieeffizienz von Haushaltskühlgeräten u.a. bei der Verwendung unterschiedlicher Wärmetauscher-Varianten möglich. Weiters können erstmals sinnvolle Erkenntnisse über die Kältemittelfüllmenge, -verteilung und -verlagerung unter transienten Betriebsbedingungen gewonnen werden. Die Projektidee entstand bei einer gemeinsamen Diskussion zwischen der Firma und dem Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik, bei der die Erkenntnisse aus dem Vorprojekt ECO-Simulation (FFG Nr. 865103) analysiert wurden. Im Zuge dieses Gesprächs zeigten sich die Herausforderungen, die gelöst werden müssen, um den nächsten großen kältetechnischen Innovations-Schritt zu machen. Die in diesem Projekt als Ergebnis geplante Methode zur Modellierung und Integration von Wärmetauschern für eine genauere simulationsunterstützte Auslegung des Kälteprozesses von Haushaltskühlgeräten dient als Basis für die Optimierung der Geräte, die durch weitere Zusammenarbeiten voll ausgeschöpft werden kann.