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Koordinierendes Institut

Projekt

Titel:Demonstrationsprojekt Arzneipflanzen; Zeitnahe und nachhaltige Verbesserung bestehender Band-, Kipphorden- und Flächentrockner für Kamille, Melisse und Baldrian. Teilprojekt 2: Effizienzsteigerung der Flächentrocknung.
Beginn:15.04.2010
Ende:30.04.2013
Koordinierendes Institut:Universität Hohenheim, Stuttgart
Koordinator:Jochen Mellmann
Koordinator:Joachim Müller
Ansprechpartner im ATB:Thomas Ziegler
Förderung:Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Berlin/Bonn
Förderkennzeichen:22012609
Förderprogramm:Nachwachsende Rohstoffe
Partner:Agrargenossenschaft Nöbdenitz e.G., Nöbdenitz; Agrarprodukte Ludwigshof e.G., Ranis; Universität Hohenheim, Stuttgart
  
Angesiedelt im Forschungsprogramm:Qualität und Sicherheit von Lebens- und Futtermitteln
Kurzbeschreibung:Eine Trocknungshalle für Arznei- und Gewürzpflanzen wurde vor Projektbeginn modernisiert. Die Modernisierung umfasste 336 m² befahrbare Rostfläche, 14 neue Ventilatoren, ein Blockheizkraftwerk (BHKW) und zwei Wärmepumpen mit Kreuzstrom-Wärmeübertragern zur internen Wärmerückgewinnung. Die für die Trocknung bei konventioneller Lufterwärmung erforderlichen Anlagenteile wurden nicht erneuert.
Basierend auf Simulationsrechnungen mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) wurde die Luftverteilung und damit die Trocknung örtlich vergleichmäßigt. Die Installation von Leitblechen hinter den Ventilatoren führte auf Anhieb zu der beabsichtigten strömungstechnischen Optimierung. Korrekturen in der geometrischen Anordnung der Leitbleche waren nicht erforderlich.
Zur primärenergetischen Bewertung der wärmepumpenunterstützten Flächentrocknung wurde ein Simulationsmodell des chargenweisen Trocknungsprozesses entwickelt und validiert. Ein breites Spektrum der stark veränderlichen Betriebsbedingungen wurde systematisch analysiert. Die Simulation umfasste nahezu alle für Deutschland relevanten Außenluftzustände. Im Ergebnis wurde ein neues energieoptimiertes Regelungsprinzip für die Wärmepumpenphase der Trocknung entwickelt. Die Umsetzung in der Praxis führte zu einer erhöhten Entfeuchtungsleistung bei gleichzeitiger Reduzierung des spezifischen elektrischen Energiebedarfs. Die interne Wärmerückgewinnung trug wesentlich zur Effizienzsteigerung bei.
Im energetischen Monitoring wurde eine Reduzierung des spezifischen Primärenergiebedarfs um durchschnittlich 38% nachgewiesen. Suboptimaler BHKW-Betrieb, eine geänderte Bewirtschaftung und Leerlaufzeiten verursachten jedoch erhebliche Effizienzverluste. Insbesondere wurde die Abluft vollständig in eine zweite Halle geleitet. Das kombinierte Trocknungsverfahren beinhaltet weiterhin große, auch anlagentechnische Optimierungspotenziale. In der konventionellen Trocknungsphase kann der spezifische Primärenergiebedarf mehr als halbiert werden.
Abstract:A drying hall for medicinal and aromatic plants was modernized prior to the beginning of the project. The changes included installation of 336 m² grate area accessible by vehicles, 14 new blowers, a combined heat and power plant (CHPP) and two heat pumps equipped with cross-flow heat exchangers for internal heat recovery. The system components required for drying with conventionally heated air were not altered.
Based on simulations by means of computational fluid dynamics (CFD) the homogenization of the air distribution was accomplished, which led to homogeneous drying. The installation of baffles behind the blowers could immediately achieve the intended aerodynamic optimization. No correction to the geometrical arrangement of the baffles was required.
A simulation model was developed and validated in order to evaluate the heat pump assisted batch drying in terms of primary energy consumption. A wide range of variable operating conditions was analyzed systematically. The simulations covered almost all ambient air conditions relevant for Germany. As an outcome, a new control principle with optimized energy-use for the heat pump phase of drying was developed. The implementation led to increased moisture extraction rate while the specific electrical energy consumption was reduced. The internal heat recovery contributed substantially to the improved efficiency.
A reduction of the specific primary energy consumption by an average of 38% was demonstrated during the energy-use monitoring. However, suboptimal CHPP operation, a changed management scheme for the pre-dried products and long idle periods caused significant efficiency losses. In particular, the outlet air was completely passed into a second drying hall, which was outside the balance limits. The combined drying process possesses large potential of further optimization. In the conventional drying phase, the specific primary energy consumption can be reduced to less than half of the current figures.
 

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