TY - JOUR A1 - Hagenkamp, Markus A1 - Blanke, Tobias A1 - Döring, Bernd T1 - Thermoelectric building temperature control: a potential assessment JF - International Journal of Energy and Environmental Engineering N2 - This study focuses on thermoelectric elements (TEE) as an alternative for room temperature control. TEE are semi-conductor devices that can provide heating and cooling via a heat pump effect without direct noise emissions and no refrigerant use. An efficiency evaluation of the optimal operating mode is carried out for different numbers of TEE, ambient temperatures, and heating loads. The influence of an additional heat recovery unit on system efficiency and an unevenly distributed heating demand are examined. The results show that TEE can provide heat at a coefficient of performance (COP) greater than one especially for small heating demands and high ambient temperatures. The efficiency increases with the number of elements in the system and is subject to economies of scale. The best COP exceeds six at optimal operating conditions. An additional heat recovery unit proves beneficial for low ambient temperatures and systems with few TEE. It makes COPs above one possible at ambient temperatures below 0 ∘C. The effect increases efficiency by maximal 0.81 (from 1.90 to 2.71) at ambient temperature 5 K below room temperature and heating demand Q˙h=100W but is subject to diseconomies of scale. Thermoelectric technology is a valuable option for electricity-based heat supply and can provide cooling and ventilation functions. A careful system design as well as an additional heat recovery unit significantly benefits the performance. This makes TEE superior to direct current heating systems and competitive to heat pumps for small scale applications with focus on avoiding noise and harmful refrigerants. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s40095-021-00424-x N1 - Corresponding author: Markus Hagenkamp VL - 13 SP - 241 EP - 254 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Wolisz, Henryk A1 - Schütz, Thomas A1 - Blanke, Tobias A1 - Hagenkamp, Markus A1 - Kohrn, Markus A1 - Wesseling, Mark A1 - Müller, Dirk T1 - Cost optimal sizing of smart buildings' energy system components considering changing end-consumer electricity markets JF - Energy Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.06.025 VL - 137 SP - 715 EP - 728 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Blanke, Tobias A1 - Hagenkamp, Markus A1 - Döring, Bernd A1 - Göttsche, Joachim A1 - Reger, Vitali A1 - Kuhnhenne, Markus T1 - Net-exergetic, hydraulic and thermal optimization of coaxial heat exchangers using fixed flow conditions instead of fixed flow rates JF - Geothermal Energy N2 - Previous studies optimized the dimensions of coaxial heat exchangers using constant mass fow rates as a boundary condition. They show a thermal optimal circular ring width of nearly zero. Hydraulically optimal is an inner to outer pipe radius ratio of 0.65 for turbulent and 0.68 for laminar fow types. In contrast, in this study, fow conditions in the circular ring are kept constant (a set of fxed Reynolds numbers) during optimization. This approach ensures fxed fow conditions and prevents inappropriately high or low mass fow rates. The optimization is carried out for three objectives: Maximum energy gain, minimum hydraulic efort and eventually optimum net-exergy balance. The optimization changes the inner pipe radius and mass fow rate but not the Reynolds number of the circular ring. The thermal calculations base on Hellström’s borehole resistance and the hydraulic optimization on individually calculated linear loss of head coefcients. Increasing the inner pipe radius results in decreased hydraulic losses in the inner pipe but increased losses in the circular ring. The net-exergy diference is a key performance indicator and combines thermal and hydraulic calculations. It is the difference between thermal exergy fux and hydraulic efort. The Reynolds number in the circular ring is instead of the mass fow rate constant during all optimizations. The result from a thermal perspective is an optimal width of the circular ring of nearly zero. The hydraulically optimal inner pipe radius is 54% of the outer pipe radius for laminar fow and 60% for turbulent fow scenarios. Net-exergetic optimization shows a predominant infuence of hydraulic losses, especially for small temperature gains. The exact result depends on the earth’s thermal properties and the fow type. Conclusively, coaxial geothermal probes’ design should focus on the hydraulic optimum and take the thermal optimum as a secondary criterion due to the dominating hydraulics. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1186/s40517-021-00201-3 SN - 2195-9706 N1 - Corresponding author: Tobias Blanke VL - 9 IS - Article number: 19 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Duran Paredes, Ludwin A1 - Mottaghy, Darius A1 - Herrmann, Ulf A1 - Groß, Rolf Fritz T1 - Online ground temperature and soil moisture monitoring of a shallow geothermal system with non-conventional components T2 - EGU General Assembly 2020 N2 - We present first results from a newly developed monitoring station for a closed loop geothermal heat pump test installation at our campus, consisting of helix coils and plate heat exchangers, as well as an ice-store system. There are more than 40 temperature sensors and several soil moisture content sensors distributed around the system, allowing a detailed monitoring under different operating conditions.In the view of the modern development of renewable energies along with the newly concepts known as Internet of Things and Industry 4.0 (high-tech strategy from the German government), we created a user-friendly web application, which will connect the things (sensors) with the open network (www). Besides other advantages, this allows a continuous remote monitoring of the data from the numerous sensors at an arbitrary sampling rate.Based on the recorded data, we will also present first results from numerical simulations, taking into account all relevant heat transport processes.The aim is to improve the understanding of these processes and their influence on the thermal behavior of shallow geothermal systems in the unsaturated zone. This will in turn facilitate the prediction of the performance of these systems and therefore yield an improvement in their dimensioning when designing a specific shallow geothermal installation. Y1 - 2020 N1 - EGU General Assembly 2020, Online, 4–8 May 2020 ER - TY - CHAP A1 - Blanke, Tobias A1 - Schmidt, Katharina S. A1 - Göttsche, Joachim A1 - Döring, Bernd A1 - Frisch, Jérôme A1 - van Treeck, Christoph ED - Weidlich, Anke ED - Neumann, Dirk ED - Gust, Gunther ED - Staudt, Philipp ED - Schäfer, Mirko T1 - Time series aggregation for energy system design: review and extension of modelling seasonal storages T2 - Energy Informatics N2 - Using optimization to design a renewable energy system has become a computationally demanding task as the high temporal fluctuations of demand and supply arise within the considered time series. The aggregation of typical operation periods has become a popular method to reduce effort. These operation periods are modelled independently and cannot interact in most cases. Consequently, seasonal storage is not reproducible. This inability can lead to a significant error, especially for energy systems with a high share of fluctuating renewable energy. The previous paper, “Time series aggregation for energy system design: Modeling seasonal storage”, has developed a seasonal storage model to address this issue. Simultaneously, the paper “Optimal design of multi-energy systems with seasonal storage” has developed a different approach. This paper aims to review these models and extend the first model. The extension is a mathematical reformulation to decrease the number of variables and constraints. Furthermore, it aims to reduce the calculation time while achieving the same results. KW - Energy system KW - Renewable energy KW - Mixed integer linear programming (MILP) KW - Typical periods KW - Time-series aggregation Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1186/s42162-022-00208-5 SN - 2520-8942 N1 - 11th DACH+ Conference on Energy Informatics, 15-16 September 2022, Freiburg, Germany VL - 5 IS - 1, Article number: 17 PB - Springer Nature ER - TY - JOUR A1 - Blanke, Tobias A1 - Reger, Vitali A1 - Döring, Bernd A1 - Göttsche, Joachim A1 - Kuhnhenne, Markus T1 - Koaxiale Stahlenergiepfähle JF - Stahlbau N2 - Ein entscheidender Teil der Energiewende ist die Wärmewende im Gebäudesektor. Ein Schlüsselelement sind hier Wärmepumpen. Diese benötigen eine Wärmequelle, der sie Energie entziehen können, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Diese Wärmequelle kann bspw. das Erdreich sein, dessen Wärme durch Erdsonden erschlossen werden kann. In diesem Beitrag werden in Stahlpfähle integrierte Koaxialsonden mit dem Stand der Technik von Erdsonden gleichen Durchmessers bezüglich ihrer thermischen Leistungsmerkmale verglichen. Die Stahlenergiepfähle bieten neben der Wärmegewinnung weitere Vorteile, da sie auch eine statische Funktion übernehmen und rückstandsfrei zurückgebaut werden können. Es werden analytische und numerische Berechnungen vorgestellt, um die thermischen Potenziale beider Systeme zu vergleichen. Außerdem wird ein Testaufbau gezeigt, bei dem Stahlenergiepfähle in zwei verschiedenen Längen mit vorhandenen gängigen Erdsonden verglichen werden können. Die Berechnungen zeigen einen deutlichen thermischen Mehrertrag zwischen 26 % und 148 % der Stahlenergiepfähle gegenüber dem Stand der Technik abhängig vom Erdreich. Die Messergebnisse zeigen einen thermischen Mehrertrag von über 100 %. Es lässt sich also signifikante Erdsondenlänge einsparen. Dabei ist zu beachten, dass sich damit der thermisch genutzte Bereich des Erdreichs reduziert, wodurch die thermische Regeneration und/oder das Langzeitverhalten des Erdreichs an Bedeutung gewinnt. Y1 - 2021 VL - 90. 2021 IS - 6 SP - 417 EP - 424 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Groß, Rolf Fritz A1 - Timmer, H. T1 - Energetische und betriebswirtschaftliche Bewertung von Kühlsystemen für Kühllager JF - HLH. Heizung, Lüftung/Klima, Haustechnik KW - Heizung KW - Lüftung KW - Klimatechnik KW - Lüftungstechnik KW - Haustechnik Y1 - 1998 SN - 1436-5103 VL - 49 IS - 9 SP - 74 EP - 77 PB - Springer CY - Düsseldorf ER - TY - CHAP A1 - Thulfaut, Christian A1 - Groß, Rolf Fritz A1 - Renz, Ulrich ED - Jamal, Rahman ED - Jaschinski, Hans T1 - Messwerterfassung und –auswertung mit LabView: Experimentelle Analyse der Mischungsgüte in Hybridzellenkühltürmen T2 - Virtuelle Instrumente in der Praxis. Begleitband zum Kongress VIP 2000 N2 - Zur Kühlung von Abwärmeströmen aus Kraftwerksprozessen werden in zunehmenden Maße Hybridzellenkühltürme mit Zwangskonvektion eingesetzt, deren wesentlicher Vorteil ihre geringe Bauhöhe ist. Um bei derartigen Kühltürmen eine Sichtbehinderung oder Glatteisgefährdung durch bodennahen Nebel zu vermeiden, muss durch eine optimale Vermischung des Trocken- und Naßluftanteils gewährleistet sein, daß aus der Kühlturmkrone keine Nebelschwaden austreten. In Zusammenarbeit mit der Industrie betreibt der Lehrstuhl für Wärmeübertragung und Klimatechnik der RWTH Aachen einen Versuchsstand zur Erfassung der Mischungsgüte in Hybridzellenkühltürmen. In maßstabsgerechter Nachbildung können dabei am Modell alle relevanten Einflußgrößen wie Kühlturmgeometrie, Gestaltung zusätzlicher Mischeinbauten sowie die Betriebsparameter variiert werden. Mit Hilfe einer unter LabView 5.01 erstellten Software werden sowohl die l3etriebszustüncle online überwacht, als auch die benötigten Meßwerte zur Bestimmung der Mischungsgüte erfaßt. Über die grafische Oberfläche können sämtliche Meßoptionen gesteuert sowie alle Meßdaten visualisiert und kontrolliert werden. In das LabView-Programm sind darüber hinaus Routinen zur Auswertung der Daten implementiert worden, die sowohl eine direkte Darstellung der Ergebnisse in Form von Diagrammen ermöglichen, als auch zur Weiterverarbeitung einen Datenexport in eine Microsoft- Excel-Tabelle vorsehen. N2 - The Institute of Heat Transfer and Air Conditioning at the Aachen University of Technology operates in co-operation with industrial partners a test facility in order to investigate mixture quality in hybrid cooling towers. In a scaled mock-up a variation of all relevant data such as the geometry of the cooling tower, the design of additional mixers and the operation parameters could be realized. A software tool, created with LabView 5.01, offers the possibility to control the whole process and to measure all relevant quantities. The graphic user interface permits an online control and a visualization of the measured values. Beyond this the program is not only able to evaluate the data and to represent the results in form of diagrams, but also to export the data directly into an Microsoft-Excel-sheet for further analysing. Y1 - 2000 SN - 3-7785-2789-4 (print) SP - 54 EP - 60 PB - Hüthig CY - Heidelberg ER - TY - CHAP A1 - Groß, Rolf Fritz A1 - Thulfaut, Christian A1 - Renz, Ulrich ED - Jamal, Rahman ED - Jaschinski, Hans T1 - On-Line Simulation mit LabView: Experimentelle und numerische Analyse homogener Gasphasenreaktionen aus Kraftwerksprozessen, T2 - Virtuelle Instrumente in der Praxis. Begleitband zum Kongress VIP 2000 N2 - The institute of heat transfer and air conditioning at the Aachen University of Technology operates several test facilities in order to investigate homogeneous and catalytical processes for the reduction of gaseous pollutants (e.g. nitrous oxide) of flue gases in a tempeature range up to 900°C. One test facility consists of a stainless steel reactor in which the influence of reducing additives can be investigated. The software tool, created with LabVIEW 5.01, offers the possibility to measure, visualize and control all relevant physical quantities and to gain a numerical solution of the problem by solving the one dimensional, steady state conservation equations. N2 - Die bei Kohlekraftwerksprozessen entstehenden Rauchgase enthalten einen nicht unerheblichen Teil an Schadgaskomponenten (z.B. Stickoxide), die aus dem Gasstrom entfernt werden müssen. Im Rahmen von Forschungsvorhaben des BMBF und verschiedener Industriepartner betreibt der Lehrstuhl für Wärmeübertragung und Klimatechnik der RWTH Aachen Pilotanlagen und Prüfstände für Untersuchungen auf dem Gebiet der homogenen und heterogen-katalytischen Schadstoffreduktion heißer Rauchgase bei Temperaturen bis zu 900 °C. Für die Erforschung der Minderungspotentiale geeigneter, auf Distickstoffoxid reduzierend wirkender Additive, wie Wasserstoffperoxid, oder auch Katalysatoren, befindet sich ein Reaktor in Betrieb, der eine Untersuchung der Reaktionskinetik bei der Entfernung von Schadgaskomponenten aus einem lnertgasstrom ermöglicht. Wesentlich für den Erfolg der Forschungsarbeit ist eine auf das spezielle Projekt genau abgestimmte Meß- und Regelungstechnik. Neben der Auswahl geeigneter Hardwarekomponenten ist auch die Softwareentwicklung unter einer leistungsstarken und zuverlässigen Programmierumgebung von großer Bedeutung. Hierbei dient die unter LabVIEW 5.01 entwickelte Datenerfassung- und Auswertesoftware zum einen der Messung, Visualisierung und Regelung der relevanten Temperaturen, Drücke, Konzentrationen und Volumenströme einzelner Gaskomponenten. Zum anderen ermöglicht sie parallel eine numerische Simulation der Vorgänge innerhalb des Reaktors zur Anpassung reaktionskinetischer Parameter aus den sich ergebenden Versuchsdaten durch Lösung eindimensionaler, stationärer Erhaltungsgleichungen. Y1 - 2000 SN - 3-7785-2789-4 (print) SP - 103 EP - 108 PB - Hüthig CY - Heidelberg ER - TY - RPRT A1 - Christ, Ansgar A1 - Groß, Rolf Fritz A1 - Renz, Ulrich T1 - Strömungs-, Filterkuchen- und Abreinigungsmodelle für Heißgasfilter, Teilvorhaben "Numerische Simulation des Abreinigungsvorganges und der Rohgasströmung" KW - Prozesssimulation KW - Filterkuchen KW - Druckvergasung KW - Druckwirbelschichtfeuerung KW - Rauchgasreinigung Y1 - 1998 U6 - https://doi.org/10.2314/GBV:50431601X N1 - Verbundprojekt im Rahmen der Projektträgerschaft BEO des BMBF der Partner RWTH Aachen, Lehrstuhl für Wärmeübertragung und Klimatechnik Brandenburgische Technische Universität Cottbus, Lehrstuhl Regelungstechnik Universität Karlsruhe, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik LLB Lurgi Lentjes Babcock Energietechnik GmbH, Oberhausen Förderkennzeichen: 0326831B Abschlußbericht ER -