Entwicklung eines neuartigen, auf CFD Simulationen (CFD: Computational Fluid Dynamics) und virtuellen Kollektorprüfungen basierenden Entwicklungs- und Optimierungswerkzeug für Flachkollektoren (VirtColl+)
Zeitraum
2015-01-01 – 2019-06-30
Bewilligte Summe
591.762,00 EUR
Ausführende Stelle
Förderkennzeichen
0325556A
Leistungsplansystematik
Kollektorkonzepte, Kollektorentwicklung [EB2011]
Verbundvorhaben
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESN6)
Förderprogramm
Energie
Grundlage für die CFD-Berechnung bildet die detaillierte Modellierung der physikalischen Vorgänge am und im Flachkollektor. Dabei werden in einem ersten Schritt Flachkollektoren in einem CFD-Programm abgebildet und die Austrittstemperatur sowie die Bauteiltemperaturen in Abhängigkeit von den Umgebungs- und Betriebsbedingungen (z. B. Einstrahlung, Eintrittstemperatur, etc.) und dem Aufbau des Kollektors (z. B. Absorberberschichtung, Verbindung Absorberblech-Absorberrohr, etc.) berechnet. Durch die Aufprägung von spezifischen Umgebungs- und Betriebsbedingungen kann somit in einem zweiten Schritt eine 'virtuelle Leistungsprüfung' des Kollektors erfolgen. Anhand der hierbei virtuell erzeugten 'Messdaten' werden die klassischen Kollektorkennwerte auf gängigem, normkonformem Wege mittels Parameteridentifikation bestimmt. Im Anschluss wird der Jahresenergieertrag des Kollektors durch eine Jahressimulation für standardisierte Randbedingungen mit dem Simulationsprogramm TRNSYS aus den Kollektorkennwerten ermittelt. Es ist außerdem die Entwicklung einer CFD-Bauteilbibliothek geplant, die einen modularen Aufbau der Flachkollektoren auf der Basis verschiedener Komponenten wie z. B. verschiedene Absorbergeometrien, transparenten Abdeckungen, Wärmedämmungen, Rahmengeometrien etc. ermöglicht. Die Bauteilbibliothek soll die entwickelten Modelle allgemein verfügbar machen, und so die Modellierung einer Vielzahl von Sonnenkollektoren durch die Kombination einzelner Komponenten beschleunigen. Es sind folgende Arbeitspakete notwendig: AP1) Auswahl einer geeigneten Simulationssoftware; AP2) Erstellung von Berechnungsgittern aus CAD Dateien der Flachkollektoren; AP3) Erstellung der CFD Kollektormodelle; AP4) Entwicklung eines virtuellen Kollektorprüfverfahrens; AP5) Messtechnische Untersuchung der Kollektoren und Komponenten; AP6) Exemplarische Anwendungen; AP7) Projektkoordination und Öffentlichkeitsarbeit
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