Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8708
Main Title: Erweiterung einer Berechnungsmethode für die Regelung von Absorptionskälteanlagen
Translated Title: Enhancement of a calculation method for the control of absorption chillers
Author(s): Albers, Jan
Advisor(s): Ziegler, Felix
Referee(s): Ziegler, Felix
Schweigler, Christian
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Is Supplemented By: 10.14279/depositonce-8707
10.14279/depositonce-8703
References: 10.14279/depositonce-6651
10.14279/depositonce-6164
10.14279/depositonce-6673
10.14279/depositonce-8709
Language Code: de
Abstract: Zielstellung für eine erweiterte Methode der charakteristischen Gleichungen ist es, die bisher bekannte Berechnungsmethodik soweit zu verfeinern, dass sie auch für die reale Steuerung und Regelung von einstufigen H2O/LiBr-Absorptionskälteanlagen genutzt werden kann. Dies erfordert eine genauere Beschreibung des Leistungsverhaltens unter verschiedenen praxisrelevanten Randbedingungen (wie z.B. variablen Massenströmen und unterschiedlichen Bauformen von Wärmeübertragern). Durch die Einführung einer bereichsweisen Wärmeübertragungsrechnung im De- und Absorber können in der erweiterten Methode die Effekte aus überhitzten und unterkühlten Eintrittszuständen der Lösung auf das Teillastverhalten berücksichtigt werden. Hierzu wird eine Unterscheidung von Wärmeübertragerbauformen vorgenommen, bei denen es wegen unterschiedlicher Prozessführungen vor der Wärmeübertragung zu adiabaten Sorptionsprozessen kommen kann (z.B. bei berieselten Desorbern) oder auch nicht (z.B. bei überfluteten Desorbern). Aus den darauf aufbauenden Herleitungen folgt eine spezielle Darstellung der erweiterten charakteristischen Gleichungen, mit der das Teillastverhalten bei paralleler oder serieller Kühlwasserführung auch bei variablen externen oder internen Massenströmen über sechs charakteristische Koeffizienten explizit berechnet werden kann. Die Korrelation des Lastverhaltens erfolgt mit Hilfe von zwei modifizierten charakteristischen Temperaturdifferenzen $\Delta\Delta t^{*}$ und $\Delta\Delta t^{*}_{min}$, in denen die Eintrittstemperaturen im Heiß- und Kühlwasser sowie die zu regelnde Austrittstemperatur im Kaltwasser zusammengefasst sind. Die Abweichungen der damit prognostizierten Kälte- und Antriebsleistung gegenüber Simulationsergebnissen eines vereinfacht realen Absorptionskältekreislaufs betragen weniger als 5%. Die Abweichungen gegenüber Messdaten sind dagegen i.d.R. größer, weil auch mit der erweiterten Methode reale Effekte (wie z.B. Überhitzung/Unterkühlung der Lösung am Austritt der Wärmeübertrager, veränderliche Wärmeübergangskoeffizienten etc.) noch nicht abgebildet werden. Dennoch kann gezeigt werden, wie es mit der erweiterten Methode charakteristischer Gleichungen gelingt, durch Rückführung von Regelabweichungen in das Berechnungsverfahren eine modellbasierte Mehrgrößenregelung auf einem industriellen SPS-Controller zu realisieren. Durch die gleichzeitige Regelung der Heiß- und Kühlwassereintrittstemperatur kann so neben der Bereitstellung der geforderten Kälteleistung und Kaltwassertemperatur eine dritte (z.B. technische, wirtschaftliche oder thermodynamische) Zielstellung erfüllt werden. Die tatsächliche Einhaltung der drei Zielstellungen wird anhand realer Betriebsdaten aus zwei unterschiedlichen Demonstrationsprojekten gezeigt und diskutiert.
The objective for an improved characteristic equation method is to refine the established methodology, in order to make it applicable for the real control of single-stage H2O/LiBr-absorption chillers. This requires a more exact description of the partload behaviour under different practical boundary conditions (such as variable mass flow rates or different types of heat exchanger design). In the improved method the effects of super-heated and sub-cooled entry states of solution on the part load behaviour can be considered by the introduction of a sectional heat transfer calculation in the de- and absorber. For this purpose a differentiation of heat exchanger design types is carried out with respect to the operation which may allow adiabatic sorption processes upstream of the heat exchange process (e.g. in falling film heat exchangers) or not (e.g. in flooded heat exchangers). On this basis a special representation of the improved characteristic equations is derived, which allows an explict calculation of the partload behaviour by means of six characteristic coefficients both for parallel and serial cooling water flow arrangements, as well as for variable mass flow rates on the internal and external process sides. The correlation of the load behaviour is performed by two modified characteristic temperature differences $\Delta\Delta t^{*}$ and $\Delta\Delta t^{*}_{min}$ in which the (controlled) outlet temperature of the chilled water is combined with the inlet temperatures of hot and cooling water. The deviation of predicted cooling capacity and driving heat as compared to simulation results of a simplified real absorption cooling cycle is less than 5%. Typically the deviations in comparison to measurements are larger, since even with the improved method several real effects like super-heated or sub-cooled solution states at the heat exchanger outlet cannot be accounted for, yet. Nevertheless it can be shown how to accomplish the realisation of a model-based multivariable control system by feedback of control deviations into the calculation procedure with the improved characteristic equation method. By simultaneous control of hot and cooling water inlet temperature not only the cooling load and the required chilled water temperature but also a third supplementary (e.g. technical, economical or thermodynamical) control objective can by matched. The actual achievement of all three control objectives is analysed and discussed with operating data of two different demonstration projects.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/9665
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8708
Exam Date: 29-Mar-2019
Issue Date: 2019
Date Available: 13-Sep-2019
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Wärmepumpe
modellbasierte Regelung
Wärmeübertragung
charakteristische Gleichung
Industrie-Controller
heat pump
modell based controll
heat transfer
characteristic equation
industry-controller
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Appears in Collections:FG Maschinen- und Energieanlagentechnik » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
albers_jan.pdf57.09 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons