Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | 01.09.2011 - 30.08.2014 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Projektträger DLR / Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) |
| Kooperationspartner: | Fa. Visiotex GmbH; HALTER & Sohn GmbH; Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Dresden |
EffiMet – Energieeffiziente Wärmeübertragung durch 3-D-Metallgewebestrukturen
Effiziente Wärmeübertragung mit Metallgewebestrukturen
Schematischer Designentwurf einer Wärmeübertragerstruktur im »EffiMet«-Projekt.
Ausschnitt eines im »EffiMet«-Projekt gefertigten Luft-Wasser-Wärmeübertragers, bei dem zwischen den wasserdurchströmten Flachrohren gewebebasierte Lamellen eingelötet wurden. Diese können unterschiedlich dicht gestaltet werden. Die Lotbeschichtung von Drähten und Rohren wurde durch die Fa. Hattler realisiert, die Gewebe durch Visiotex GmbH gefertigt.
Wärmeübertrager, die Metalldrahtgewebe als Übertragungsstruktur nutzen, zeigen in ersten Untersuchungen ein großes Potenzial zur Massenreduktion und Energieeinsparung. Im Verbundprojekt »EffiMet«, das über das »KMU-innovativ-Programm« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde, konnten gemeinsam mit den Partnern Visiotex GmbH, Hattler & Sohn GmbH und dem Fraunhofer IFAM Dresden die theoretischen Hintergründe untersucht sowie Wege zur technischen Umsetzung identifiziert und an exemplarischen Bauteilen realisiert werden. Die Ergebnisse von einem der umgesetzten Bauteile zeigen, dass bei gleicher energetischer Effizienz ca. 50 % Material in der Oberflächenvergrößerung eingespart werden können. Korrespondierend erhöht sich bei gleichem Materialaufwand die Energieeffizienz.
Verantwortlich für das große Potenzial zur Materialeinsparung ist die Umströmung von einzelnen dünnen Drähten. Im Vergleich mit Oberflächen aus dünnen Blechen (Lamellen) können Drähte die doppelte Oberfläche bei gleichem Materialaufwand zur Verfügung stellen. Ist die Lamellendicke gleich dem Drahtdurchmesser, kann so die Hälfte der Masse gespart werden. Zusätzlich führt die Umströmung von Drähten zu vergleichsweise hohen Wärmeübergangskoeffizienten, so dass bei gleicher Oberfläche deutlich mehr Wärme übertragen werden kann.
Verschiedene geometrische Ausführungen mit Rundrohren sowie Flachrohren und darauf kontaktieren Drahtgestricken konnten in Hinblick auf Wärmeübergang und Druckverlust am Fraunhofer ISE als Luft-Wasser-Wärmeübertrager untersucht werden. Gleichzeitig wurden CFD-Simulationen der Umströmung der Drahtstrukturen und Simulationen zu Wärmeübergang durchgeführt um weitere geometrische Varianten bewerten zu können.