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Thematisch widmet sich das Projekt Coolplan- AIR der Fortentwicklung und Feldvalidierung eines Berechnungs- und Auslegungstools zur energieeffizienten Kühlung von Gebäuden mit luftgestützten Systemen. Neben dem Aufbau und der Weiterentwicklung von Simulationsmodellen erfolgen Vermessungen der Gesamtsysteme anhand von Praxisanlagen im Feld. Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Vermessung, Simulation und Integration rein luftgestützter Kühltechnologien. Im Bereich der Kälteerzeugung wurden Luft‐ Luft‐ Wärmepumpen, Anlagen zur adiabaten Kühlung bzw. offene Kühltürme und VRF‐ Multisplit‐ Systeme (Variable Refrigerant Flow) im Feld bzw. auf dem Teststand der HSD vermessen. Die Komponentenmodelle werden in die Matlab/Simulink‐ Toolbox CARNOT integriert und anschließend auf Basis der zuvor erhaltenen Messdaten validiert.
Einerseits erlauben die Messungen das Betriebsverhalten von Anlagenkomponenten zu analysieren. Andererseits soll mit der Vermessung im Feld geprüft werden, inwieweit die Simulationsmodelle, welche im Vorgängerprojekt aus Prüfstandmessungen entwickelt wurden, auch für größere Geräteleistungen Gültigkeit besitzen. Die entwickelten und implementierten Systeme, bestehend aus verschiedensten Anlagenmodellen und Regelungskomponenten, werden geprüft und dahingehend qualifiziert, dass sie in Standard- Auslegungstools zuverlässig verwendet werden können.
Zusätzlich wird ein energetisches Monitoring eines Hörsaalgebäudes am Campus Jülich durchgeführt, das u. a. zur Validierung der Kühllastberechnungen in gängigen Simulationsmodelle genutzt werden kann.
Im Projekt Coolplan‐ AIR geht es um die Fortentwicklung und Feld‐ Validierung eines Berechnungs‐ und Auslegungstools zur energieeffizienten Kühlung von Gebäuden mit luftgestützten Systemen. Neben dem Aufbau und der Weiterentwicklung von Simulationsmodellen erfolgen Vermessungen der Gesamtsysteme anhand von Praxisanlagen im Feld. Eine der betrachteten Anlagen arbeitet mit indirekter Verdunstung. Diese Veröffentlichung zeigt den Entwicklungsprozess und den Aufbau des Simulationsmodells zur Verdunstungskühlung in der Simulationsumgebung Matlab‐ Simulink mit der CARNOT‐ Toolbox. Das besondere Augenmerk liegt dabei auf dem physikalischen Modell des Wärmeübertragers, in dem die Verdunstung implementiert ist. Dem neuen Modellansatz liegt die Annahme einer aus der Enthalpie‐ Betrachtung hergeleiteten effektiven Wärmekapazität zugrunde. Des Weiteren wird der Befeuchtungsgrad als konstant angesehen und eine standardisierte Zunahme der Wärmeübertragung des feuchten gegenüber dem trockenen Wärmeübertrager angenommen. Die Validierung des Modells erfolgte anhand von Literaturdaten. Für den trockenen Wärmetauscher ist der maximale absolute Fehler der berechneten Austrittstemperatur (Zuluft) kleiner als ±0.1 K und für den nassen Wärmetauscher (Kühlfall) unter der Annahme eines konstanten Verdunstungsgrades kleiner als ±0.4 K.
Modeling and upscaling of a pilot bayonettube reactor for indirect solar mixed methane reforming
(2020)
A 16.77 kW thermal power bayonet-tube reactor for the mixed reforming of methane using solar energy has been designed and modeled. A test bench for the experimental tests has been installed at the Synlight facility in Juelich, Germany and has just been commissioned. This paper presents the solar-heated reactor design for a combined steam and dry reforming as well as a scaled-up process simulation of a solar reforming plant for methanol production. Solar power towers are capable of providing large amounts of heat to drive high-endothermic reactions, and their integration with thermochemical processes shows a promising future. In the designed bayonet-tube reactor, the conventional burner arrangement for the combustion of natural gas has been substituted by a continuous 930 °C hot air stream, provided by means of a solar heated air receiver, a ceramic thermal storage and an auxiliary firing system. Inside the solar-heated reactor, the heat is transferred by means of convective mechanism mainly; instead of radiation mechanism as typically prevailing in fossil-based industrial reforming processes. A scaled-up solar reforming plant of 50.5 MWth was designed and simulated in Dymola® and AspenPlus®. In comparison to a fossil-based industrial reforming process of the same thermal capacity, a solar reforming plant with thermal storage promises a reduction up to 57 % of annual natural gas consumption in regions with annual DNI-value of 2349 kWh/m2. The benchmark solar reforming plant contributes to a CO2 avoidance of approx. 79 kilotons per year. This facility can produce a nominal output of 734.4 t of synthesis gas and out of this 530 t of methanol a day.
As part of the transnational research project EDITOR, a parabolic trough collector system (PTC) with concrete thermal energy storage (C-TES) was installed and commissioned in Limassol, Cyprus. The system is located on the premises of the beverage manufacturer KEAN Soft Drinks Ltd. and its function is to supply process steam for the factory's pasteurisation process [1]. Depending on the factory's seasonally varying capacity for beverage production, the solar system delivers between 5 and 25 % of the total steam demand. In combination with the C-TES, the solar plant can supply process steam on demand before sunrise or after sunset. Furthermore, the C-TES compensates the PTC during the day in fluctuating weather conditions. The parabolic trough collector as well as the control and oil handling unit is designed and manufactured by Protarget AG, Germany. The C-TES is designed and produced by CADE Soluciones de Ingeniería, S.L., Spain. In the focus of this paper is the description of the operational experience with the PTC, C-TES and boiler during the commissioning and operation phase. Additionally, innovative optimisation measures are presented.
Industry 4.0 imposes many challenges for manufacturing companies and their employees. Innovative and effective training strategies are required to cope with fast-changing production environments and new manufacturing technologies. Virtual Reality (VR) offers new ways of on-the-job, on-demand, and off-premise training. A novel concept and evaluation system combining Gamification and VR practice for flexible assembly tasks is proposed in this paper and compared to existing works. It is based on directed acyclic graphs and a leveling system. The concept enables a learning speed which is adjustable to the users’ pace and dynamics, while the evaluation system facilitates adaptive work sequences and allows employee-specific task fulfillment. The concept was implemented and analyzed in the Industry 4.0 model factory at FH Aachen for mechanical assembly jobs.
Control engineering theory is hard to grasp for undergraduates during the first semesters, as it deals with the dynamical behavior of systems also in combination with control strategies on an abstract level. Therefore, operational amplifier (OpAmp) processes are reasonable and very effective systems to connect mathematical description with actual system’s behavior. In this paper, we present an experiment for a laboratory session in which an embedded system, driven by a LabVIEW human machine interface (HMI) via USB, controls the analog circuits.With this setup we want to show the possibility of firstly, analyzing a first order process and secondly, designing a P-and PI-controller. Thereby, the theory of control engineering is always applied to the empirical results in order to break down the abstract level for the students.