Neues Modell zur 1D-Simulation der indirekten Verdunstungskühlung

摘要

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 Entwick-lungsprozess 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. Der neue Modellansatz beruht auf der Annahme einer aus der Enthalpie-Betrachtung hergeleiteten effektiven Wärmekapazität. 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 erfolgt anhand von Literaturdaten. Für den trockenen Wärmeübertrager ist der maximale absolute Fehler der berechneten Austrittstemperatur (Zuluft) kleiner als ±0.1 K und für den nassen Wärmeübertrager (Kühlfall) unter der Annahme eines konstanten Verdunstungsgrades kleiner als ±0.4 K. Bei dem gewählten Ansatz wird von der Standardkomponente ,HeatExchanger' aus der Carnot-Toolbox abgerückt und der Prozess der Verdunstung in die S-Funktion des Wärmeübertrager-Bausteins integriert. Mit diesem 1D-Modell können eine hohe Genauigkeit und eine kurze Rechenzeit gewährleistet werden, sodass Jahressimulationen von Gesamtsystemen und Gebäuden möglich sind. Die Übertragbarkeit des Modells auf reale Anlagen wird mittels der Messdaten aus dem Feld-Monitoring aufgezeigt.