Labor Nachhaltigkeit

Das Labor Nachhaltigkeit hat drei wesentliche Schwerpunkte die auch im Rahmen der Lehre angeboten werden:
 

• Nachhaltige Energiewirtschaft und Energiespeicher
• Smart Systems und Energiemanagement
• Nachhaltigkeit und Energieeffizienz in Produktionssystemen

Forschungsaktivit?ten finden aktuell im Bereich der Thermischen Energiespeicher (insbesondere auf dem Gebiet der Hochtemperatur Latentw?rmespeicher), Smart Systems und Sektorenkopplung bei der Energiewende statt.

Im Rahmen von interdisziplin?ren und fakult?tsübergreifenden Projekten fungiert das Nachhaltigkeits Labor als tragende S?ule bei der Mitgliedschaft der Fakult?t Wirtschaftsingenieurwesen im Institut für nachhaltige Energietechnik und Mobilit?t (INEM).

Latentw?rmespeicher sind Phasenwechselspeicher, das bedeutet, beim Belade- bzw. Entladeprozess findet jeweils ein Phasenwechsel im Speichermedium statt, wodurch eine hohe Energiemenge bei kleiner Temperaturdifferenz aufgenommen bzw. abgegeben werden kann.

Im Rahmen der Forschungsaktivit?ten im Labor Nachhaltigkeit und Produktion wird ein Latentw?rmespeicher mit Natriumnitrat mit einem Schmelzpunkt von 306 °C als Phasenwechselmaterial verwendet, dadurch kann die elektrische eingekoppelte Energie auf hohem Temperatur- und damit Exergieniveau gespeichert werden. Zur elektrischen Beladung werden in Kooperation mit der Fakult?t Wirtschaft und Technik Dickschichtheizer entwickelt. Die besondere Herausforderung hierbei ist der Einsatz bei Temperaturen bis 350 C° und der Kontakt mit der Salzschmelze (NaNO3). Die gr??te Herausforderung bei Latentw?rmespeichern ist die Entladecharakteristik. Durch das Erstarren des Speichermaterials an der W?rmeübertragerfl?che entsteht eine wachsende Schichtdicke und damit ein zunehmender W?rmewiderstand, wodurch die Entladeleistung über die Zeit stark abf?llt. Im Labor wurde ein innovatives Entladekonzept mit einer aktiven Schaberfunktion entwickelt, welches sowohl am Hochtemperaturspeicher als auch im Rahmen studentischer Projekte mit Paraffinen im Niedertemperaturbereich getestet und weiterentwickelt wird.

Im Rahmen eines interdisziplin?ren studentischen Projekts wurde ein Energiemanagementsystem, basierend auf drei Raspberry Pis und einer eigenen Netzwerkumgebung, entwickelt. Das System ist in der Lage, aus unterschiedlichen Daten und Prozessen, zur Laufzeit anfallende Energieverbr?uche zu berechnen und dem Benutzer darzustellen.

Es wurden drei Prozesse der Festo-Demoanlage des Labors Automatisierungstechnik der Fakult?t Mechatronik und Elektrotechnik zur Betrachtung ausgew?hlt und gegebenenfalls mit Messinstanzen versehen, um digitale Schnittstellen implementieren zu k?nnen. Die einzelnen Stationen sind teilweise auch schon in der Lage, Zustandsdaten über TCP/IP zu übermitteln. Aus diesen Zustandsdaten werden dann in Node-RED Energieverbr?uche berechnet. Dazu liegen sogenannte ?Flows“ vor, deren einzelne ?Nodes“ verschiedene Aufgaben der Berechnung und Darstellung übernehmen. Dem Anwender werden die Verbr?uche pro produziertem Stück, sowie der kumulierte Gesamtverbrauch angezeigt.

Dieses Managementsystem ist damit vorerst ein Monitoringsystem, welches dem Anwender Ans?tze zu Optimierungen und einen ?berblick über seine Prozessverbr?uche liefert. Im weiteren Verlauf müssen individuelle Grenzwerte ermittelt werden, sodass anschlie?end verglichen werden kann, inwieweit ?nderungen zu Verbesserungen führen. Au?erdem kann frühzeitig erkannt werden, wenn entsprechende Komponenten nicht mehr rund laufen und deshalb Energieverbr?uche stark zunehmen.