Gunt Wärmeübertragerprüfstand
In Wärmeübertragern wird Wärme von einem Stoffstrom auf einen anderen übertragen. Die beiden Stoffströme kommen dabei nicht direkt miteinander in Kontakt. In der Praxis werden je nach Anforderung unterschiedliche Wärmeübertragertypen eingesetzt.
Mit dem Versuchsstand WL 315C werden fünf verschiedene Bauarten von Wärmeübertragern untersucht und verglichen. Der Wärmeübergang in den verschiedenen Wärmeübertragern erfolgt dabei nach dem Gegen- oder Gleichstromprinzip mit verschiedenen Fluiden.
Der zu untersuchende Wärmeübertrager wird am Schaltschrank angewählt. Ein Wechsel zwischen Gleich- und Gegenstrom erfolgt über Ventile. Der Durchfluss im Warmwasser- bzw. Kaltwasserkreislauf wird ebenfalls mit Ventilen eingestellt. Das warme Wasser durchströmt den Wärmeübertrager und gibt dabei einen Teil seiner thermischen Energie an das kalte Wasser ab. Der Versuchsstand ist mit Aufnehmern für Differenzdrücke und Temperaturen ausgestattet. Der Durchfluss wird mit einem magnetischinduktiven Durchflussmesser bestimmt. Die Messwerte werden an digitalen Anzeigen angezeigt und gleichzeitig über USB direkt auf einen PC übertragen und dort mit Hilfe der Software ausgewertet.
Technische Ausstattung
- Platten-Wärmetauscher
- Rohrbündel-Wärmetauscher
- Doppelrohr-Wärmetauscher
- Lamellen-Wärmetauscher Wasser / Luft
- Doppelmantel-Wärmetauscher mit Heizspirale und Rührwerk
Viessmann Vitodens 200 Brennwertkessel
Das Gas-Brennwert-Heizgerät für Zentralheizungen mit einem Leistungsbereich von 2,5 bis 25 kW ist zur Verbrennung von Erdgas H (high caloric) eingestellt. Die Brennwerttechnik nutzt zusätzlich die in den Abgasen als Wasserdampf enthaltene latente Wärme aus. Hierbei wird der Wasserdampf der Abgase bereits im Heizkessel soweit abgekühlt, bis er überwiegend kondensiert und seine Kondensationsenergie über einen Wärmetauscher an das Kesselwasser abgibt, d. h. je niedriger die Abgastemperatur um so höher ist die Kondensatmenge und damit der zusätzliche Energiegewinn. Es gibt keine untere Begrenzung der Abgastemperatur.
Zur Ermittlung der Wirkungsgrade von Heizkesseln wird meist der Heizwert (Hu) des Brennstoffes herangezogen. Er ist definiert durch die Energie, die bei vollständiger Verbrennung frei gesetzt wird, wenn das dabei entstehende Wasser dampfförmig bleibt. Da bei Brennwertkesseln die Kondensationswärme des Abgases genutzt wird, können Wirkungsgrade bezogen auf den Heizwert von über 100% erreicht werden. Im Gegensatz zum Heizwert enthält der Brennwert (Ho) die Energie, die bei vollständiger Verbrennung und bei Kondensation des Wasserdampfes frei wird.
Kernstück des MatriX-Plus Gasbrenners ist ein Edelstahlgewebe, welches zylinderförmig geformt ist. An der Oberfläche des Gewebes zündet das Gas-Luft- Gemisch und verbrennt nahezu ohne sichtbare blaue Flamme. Dabei glüht das Edelstahlgewebe und gibt einen hohen Anteil der Wärme als Strahlung ab. Daraus ergeben sich niedrigere Verbrennungstemperaturen im Vergleich zu herkömmlichen Brennern.
Technische Daten:
- Vitodens 200-W Typ B2HF
- Nenn-Wärmeleistungsbereich 2,5 - 25,0 kW
- Norm-Nutzungsgrad: bis 98 % (Hs)
- Modulationsbereich: bis 1:13
- Stromsparende Hocheffizienz-Umwälzpumpe
- Energieeffizienzklasse: A
Viessmann Vitocal 300-G Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Im Labor für Energie- und Wärmetechnik ist eine Wasser-Wasser- Wärmepumpe der Fa. Viessmann Typ Vitocal 300-G BW301.B08 in einem Versuchsstand integriert, der für Versuche im Rahmen des Maschinenbaulabors eingesetzt wird. Ziel ist die Ermittlung der Leistungszahl 𝜀, welche auch als COP (Coefficient of Performance) bezeichnet wird.
Der Aufbau einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe besteht aus drei Kreisläufen: Dem Kältemittelkreislauf sowie dem Kaltwasserkreislauf und dem Heizwasserkreislauf.
- Der Kältemittelkreislauf innerhalb der Wärmepumpe (linkslaufender Kreisprozess) besteht aus zwei Plattenwärmetauschern (Verdampfer und Kondensator), einem Scrollverdichter und einer Drossel.
- Im Kaltwasserkreislauf wird Grundwasser über einen Saugbrunnen entnommen und durch Wärmeabgabe an das Kältemittel im Verdampfer abgekühlt und über einen Sickerbrunnen wieder an das Grundwasser zurückgeführt.
- Das Heizwasser wird in einem anderen Kreislauf über den Kondensator der Wärmepumpe aufgeheizt. Die Heizwärme wird üblicherweise zur Raumheizung oder zur Brauchwassererwärmung genutzt.
Technische Daten Wasser/Wasser-Wärmepumpe Typ BW301.08 (Auszug):
Leistungsdaten nach EN 14511 (W10/W35, 5 K Spreizung)
- Nenn-Wärmeleistung.......................10,18 kW
- Kälteleistung........................................8,74 kW
- Elektr. Leistungsaufnahme................1,55 kW
- Leistungszahl ε (COP)..........................6,58
Viessmann DHW Booster Wärmepumpe
Eine neuartige Booster-Wärmepumpe der Fa. Viessmann, konzipiert für eine effizientere Trinkwassererwärmung in Mehrfamilienhäusern, ist im bereits vorhandenen Wärmepumpenversuchstand des Labors eingebunden worden. Als Wärmequelle wird der bestehende Heizkreislauf eines Gebäudes genutzt, um einen Warmwasserspeicher mit den erforderlichen Temperaturen von knapp 65 Grad Celsius zu beladen. Der „Boost“ besteht aus dem Temperaturhub: Die DHW Booster HP erhitzt das rücklaufende Wasser des vorhandenen Heizsystems, von etwa 30 Grad auf die Zieltemperatur. Damit wird das Trink- und Brauchwasser erwärmt. Da das Haupt-Heizsystem durch die niedrigeren Vorlauftemperaturen entlastet wird und zusätzlich die hohen Zirkulationsverluste entfallen, ist auch hier ein energieeffizienterer Betrieb möglich.
Leistungsdaten bei W25/W54 nach DIN EN 16147:2017
| Zapfprofil | M | L |
| Leistungszahl (COP) [-] | 4,09 | 3,9 |
| Aufheizzeit [hh:mm] | 06:40 | 06:40 |
| Bereitschaftsverlust [W] | 18 | 18 |
| max. nutzbare Wassermenge (40 °C) [l] | 226 | 226 |
| Nennleistung [kW] | 1,3 | 1,3 |
| jährlicher Stromverbrauch [kWh] | 292 | 638 |
| max. elektr. Leistungsaufnahme [kW] (ohne Heizstab) |
0,4 | |
| max. elektr. Leistungsaufnahme [kW] (mit Heizstab) |
1,6 | |
| Nennspannung | 1/N/PE 230 V/50 Hz | |
| Schallleistungspegel [dB(A)] | 45 | |
| Kältemittel | R290 (Propan) | |
Domestic Hot Water Booster Heat Pump
BlueGEN Brennstoffzellenanlage
BlueGen – ein Produkt der italienischen Firma SOLID POWER (das Geschäft der australischen Firma Ceramic Fuel Cells wurde im Juli 2015 übernommen) - ist ein hocheffizientes, erdgasbetriebenes Mikrokraftwerk auf Brennstoffzellenbasis zur Versorgung von Wohngebäuden und kleinen Unternehmen mit Strom und Wärme. Das Herzstück von BlueGen bilden festoxidkeramische Brennstoffzellen (SOFC-Technologie). Sie gehören zu den effizientesten Energieumwandlungssystemen, die derzeit auf dem Markt sind. Die BlueGen-Anlagen erreichen einen weltweit einzigartig hohen elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 60 Prozent, bei einem Gesamtwirkungsgrad von bis zu 85 Prozent.
- Konzentrischer Abluftadapter
- Brennstoffzellenmodul Gennex©
- Abwärmerückgewinnungs-einheit (verdeckt)
- Gassicherheitsventil
- Kondensatbehälter (verdeckt)
- Luftzuführungssystem
- Wasseraufbereitungssystem
- Strommanagementsystem
- Gasentschwefelungspatrone
Technische Daten:
- elektrischer Wirkungsgrad bis zu 60 %
- thermischer Wirkungsgrad bis zu 25%
- Modulationsbereich elektr. 0,5 kW bis 1,5 kW
- Erzeugte elektr. Energie im Jahr ~ 13.000 kWhel
- Erzeugte therm. Energie im Jahr ~ 5.220 kWhth
- Steuerung über Internetverbindung BlueGen-net
Grundprinzip des SOFC-Prozesses
lion Powerblock BHKW
Der lion Powerblock der Fa. Lion Energy ist eine Dampfexpansionsmaschine und erzeugt nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsprinzip sowohl Strom als auch Wärme. In einem Leistungsbereich von weniger als 5 kWel werden solche Geräte auch als "stromerzeugende Heizungen" oder „Mikro-BHKWs“ bezeichnet. Die Technik des lion-Powerblocks ist ebenso faszinierend wie einfach: Ein Brenner erzeugt Dampf, der einen Doppelfreikolben im Linator durch gesteuerte Dampfzugabe hin- und herbewegen lässt. Eine mit dem Kolben fest verbundene Spule erzeugt dann in einem starken Magnetfeld den elektrischen Strom. Die bei diesem Prozess anfallende Wärme wird zusätzlich zur Stromerzeugung dem Heizungskreislauf und der Warmwasserversorgung zugeführt. Im Ergebnis wird dadurch der Gesamtwirkungsgrad von über 90 % möglich.
Technische Daten: 
- therm. Leistung..............modulierend 3,5 – 16 kW
- el. Leistung.....................modulierend 0,3 – 2 kW
- Dampfdruck....................5 – 30 bar
- Dampftemperatur...........350 °C
- Einsatzbereiche..............Ein- und Mehrfamilienhäuser
- Brennstoffe.....................Erd-, Flüssig- oder Biogas
- Gesamtnutzungsgrad..... bis zu 94 % (in Verbindungmit Pufferspeicher)
Optimale Wärme- und Stromversorgung bei einem jährlichen Wärmeverbrauch von über 30.000 kWh und jährlichem Stromverbrauch von über 5.000 kWh.
Wichtige Bauteile
- Linator
- Dampfleitung
- rechter Zylinder
- Rohrverdampfer
- Brenner
- Stromabführung
- Doppelfreikolben
- Wärmetauscher
- Spule
- linker Zylinder