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Koordinierendes Institut

Projekt

Titel:Energetic and environmental optimisation of drying processes by integration of heat pumps
Beginn:01.03.2014
Ende:30.06.2016
Koordinierendes Institut:University of Gent, Belgien
Koordinator:Bruno Vanslambrouck
Ansprechpartner im ATB:Thomas Ziegler
Förderung:Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF), Berlin
Förderprogramm:CORNET (EU Collective Research NETworking)
Partner:Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, Braunschweig; Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF), Denkendorf; Institut für Ziegelforschung Essen e.V. (IZF), Essen; Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens, Primasens; University of Gent, Belgien; wfk Cleaning Technology Institute e.V., Krefeld, Krefeld
  
Angesiedelt im Forschungsprogramm:Qualität und Sicherheit von Lebens- und Futtermitteln
Kurzbeschreibung:Trocknungsprozesse benötigen mindestens 15% des gesamten industriellen Energiebedarfs. In manchen Branchen, z.B. in der Holzindustrie, kann dieser Anteil 70% erreichen. Zahlreiche Untersuchungen belegen, dass durch Trocknung mit Wärmepumpen bis zu 50% an Primärenergie eingespart werden können. Dieses Potenzial konnte bisher jedoch nur in Ausnahmefällen industriell realisiert werden, da der Betrieb von Wärmepumpentrocknern sehr viel komplexer ist als der Betrieb der einzelnen Systemkomponenten.
Ziel des Vorhabens ist es, unterschiedliche wärmepumpenunterstützte Trocknungsverfahren vorwettbewerblich zu entwickeln und die energetische und wirtschaftliche Effizienz für mehrere Industriesektoren beispielhaft nachzuweisen. Der Schwerpunkt liegt auf konvektiven Trocknungsverfahren, die am weitesten verbreitet sind und vorteilhaft mit Wärmepumpen ergänzt werden können. Entsprechend groß ist das branchenübergreifende Interesse der beteiligten 37 deutschen und 15 belgischen Unternehmen aus den Bereichen Trocknung, Wärmepumpen, Holzindustrie, Ziegel und Keramik, Arznei- und Gewürzpflanzen, Textilherstellung, Wäschereitrocknung, sowie Klärschlämme und Gärreste.
Basierend auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft und Technik werden etablierte und innovative technische Lösungen analysiert. Die effektive Integration von Wärmepumpen in die jeweiligen Trocknungsanlagen, deren qualitäts- und energieoptimierter Betrieb mit weitgehend automatisierter Prozessregelung unter variierenden Bedingungen stehen im Fokus des Vorhabens. Wissenschaftliche Herausforderungen resultieren dabei aus thermodynamischen und verfahrenstechnischen Wechselwirkungen zwischen Wärmepumpe und Trockner. Die Projektergebnisse werden im Labor- und im Pilotmaßstab und an einer Produktionsanlage demonstriert. Branchenspezifische Möglichkeiten und Grenzen zur wirtschaftlichen Umsetzung werden aufgezeigt. Industrielle Fallstudien und wissenschaftliche Publikationen dienen dem beschleunigten Technologietransfer.
Abstract:Drying is an energy intensive process accounting for at least 15% of industrial energy usage and even higher in some specific sectors, e.g. 30-55% in medicinal plants processing, 50% in textile manufacturing and up to 70% in wood industry. Numerous studies suggest that heat pump assisted dryers possess the potential of saving up to 50% or more of the primary energy used. In spite of intensive previous academic research, reliable industrial applications are still exceptional, since heat pump dryers are much more complex than each of their components separately.
The target of the project is to dedicate precompetitive research on developing different heat pump assisted drying processes and to demonstrate their energy-use and economic efficiency across several industrial sectors. The focus lies thereby on the convective drying processes, which are the most commonly used and can be advantageously assisted by heat pumps. Hence, the cross-industry interest is correspondingly large and represented by the 37 German and 15 Belgian companies involved in the project. The companies are active in the fields of drying, heat pumps, wood industry, brick and ceramic, medicinal and aromatic plants, textile manufacturing, laundry-drying as well as sewage sludge and digestate.
Based on the current state of the art, the established as well as innovative technical solutions will be analyzed. The effective integration of heat pumps in the respective drying plants followed by their quality and energy-use optimized operation by means of largely automated process control under varying conditions is the focus of the project. Scientific challenges arise from the thermodynamic and process-technical interactions between the heat pump and the dryer. The project results will be demonstrated in laboratory and pilot scale as well as in a production plant. Sector-specific potentials and limitations for feasible implementation will be discussed. Industrial case studies performed during the project and scientific publications will accelerate the technology transfer.
 

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