Untersuchung von Entropie-Produktionsmechanismen an einer sorptionsgestützten Luft-Entfeuchtungsanlage

Beim Betrieb von sorptionsgestützten Klimatisierungsanlagen ist der Betrieb und der Energieaufwand von vielen Parametern abhängig. Hierbei ist der Exergiebedarf von zwei faktoren Abhängig: der geforderte Zustand der behandelten Luft und die Entropieproduktion im Prozess. Da die Anforderungen meist fest sind, ist die Optimierung des Betriebs einer solchen Anlage nur mit der Reduzierung von Irreversibilitäten möglich. Hierzu ist eine Untersuchung der Entropiequellen im System erforderlich. Diese Arbeit zeigt die Ergebnisse einer solchen Untersuchung, wo die verschiedenen Mechanismen der Entropieproduktion (Wärme- und Stoffübertragung, Druckverlust und Mischung) direkt beschrieben und ausgewertet werden. Neben der Unterscheidung nach Entstehungsmechanismus wird auch lokale Entropieproduktion berechnet. Diese direkte Berechnung wird anhand einer indirekten Methode validiert. Anschließend werden verschiedene Betriebspunkte hinsichtlich Entropieproduktion analysiert. Es wird gezeigt, dass die größte Entropiequelle die irreversible Wärmeübertragung ist (ca. 53 % im Referenzfall), gefolgt von Stoffübertragung (20 %) und Mischung (18 %). Ebenfalls wird gezeigt, dass es für eine geforderte Wasserbeladung des behandelten Luftstromes ein Optimum existiert, in dem Entropieproduktion am geringsten ist. In diesem Punkt sind die Irreversibilitäten aufgrund von Wärmeübertragung und Mischung bei einem Minimum, wobei die Irreversibilitäten aufgrund von Stoffübertragung für konstante Austritts-Wasserbeladungen auch eher konstant bleiben. Weiterhin steigt im optimalen Betriebspunkt die Gesamt-Entropieproduktion exponentiell mit der extrahierten Wasserdampfmenge, wobei die Anteile von Wärme- und Stoffübertragung weitgehend konstant bleiben (Anstieg < 5 %pt.). Ebenfalls wird anhand eines idealisierten Stofftrennungsprozesses gezeigt, dass höhere Regenerationstemperaturen als im Idealfall auf Irreversibilitäten zurückzuführen sind. Hinsichtlich auf die Optimierung des Systems wird gezeigt, dass die Entropieproduktion quadratisch mit der Temperaturspreizung am Radaustritt korreliert, was als Optimierungskriterium zur Reduzierung von Entropieproduktion im Betrieb genutzt werden kann.
Subjects
entropy
sorption
desiccant wheel
second law
DDC Class
620: Engineering