Kältezentrum in Karlsruhe
Die Lehre und Forschung in der Kälte- und Klimatechnik an der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft (www.hs-karlsruhe.de) – boomt. Das 2006 gegründete Institut für Kälte-,
Klima- und Umwelttechnik (IKKU) wurde im letzten Jahr durch weitere Professoren erweitert. Im derzeit von Prof. Michael Kauffeld geleiteten IKKU forschen nun gemeinsam: Prof. Michael Arnemann, Prof. Marco Braun, Prof. Jan Hoinkis, Prof. Michael Kauffeld und Prof. Maurice Kettner. Auf ca. 800 m² Laborfläche werden Forschungsvorhaben z. B. zu den Themenschwerpunkten Eisbrei, Minichannel-Verflüssiger, Energieeffizienz von Kälte- und Klimaanlagen, solare Klimatisierung, Blockheizkraftwerke und Wasserreinigung durchgeführt. Den Schwerpunkt Kälte-, Klima- und Umwelttechnik wählen derzeit jährlich ca. 20 bis 25 Studierende des Bachelorstudiengangs Maschinenbau und noch einmal so viele des Bachelorstudiengangs Mechatronik. Ein entsprechendes Masterstudium ist in Vorbereitung. Zeitkritische Entwicklungsaufgaben werden im Test- und Weiterbildungszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik (TWK) bearbeitet, die auch für die Weiterbildung im Rahmen der Karlsruher Kältekurse steht. 16 Mitarbeiter arbeiten dort an unterschiedlichsten Entwicklungs- und Erprobungsaufgaben in der Kälte-, mobilen Klima- und Wärmepumpentechnik. Das 1996 gegründete TWK ist Bestandteil der 2001 von Prof. Dr.-Ing. Johannes Reichelt gegründeten Valerius-Füner-Stiftung.
IKKU-Forschungsschwerpunkte
Seit 2003 forscht Michael Kauffeld am Wärmeübergang von Kältemitteln in Minichannel-Profilen. 2007 stellte Dr.-Ing. Volker Siegismund seine in Kooperation mit der TU Dresden durchgeführte Promotion zum Thema „Einfluss von Kältemaschinenöl auf den Wärmeübergang von Kohlendioxid in kleinen Strömungskanälen“ erfolgreich fertig (Zum Sommersemester 2010 wurde Dr.-Ing. Volker Siegismund als Professor für Kältetechnik an die Hochschule Biberach berufen.). Seit Oktober 2008 arbeitet nun Dipl.-Ing. (FH) Timo Maurath an einem von der AiF geförderten und in Kooperation mit dem Forschungsrat Kältetechnik durchgeführten Projekt, in welchem die aus der Automobilindustrie bekannten Vorteile von Minichannel-Verflüssigern auf die Stationärkälte übertragen werden sollen. Zusammen mit Industriepartnern, u. a. Güntner, Danfoss und Aluventa, werden die mögliche Kältemittel-Füllmengenreduzierung, die Energieeffizienzsteigerung und das Geräuschverhalten von Minichannel-Verflüssigern untersucht.
Eisbrei-Erzeugung
Michael Kauffeld arbeitet schon seit 1995 auf dem Gebiet der Eisbrei-Erzeugung und Anwendung. Gleich nach seiner Berufung an die Hochschule Karlsruhe 2002 installierte er die ersten beiden Versuchsanlagen. Seit 2004 gibt es auch eine eigenständige Vorlesung zum Thema Eisbrei und seit Mitte 2008 arbeitet Dipl.-Ing. (FH) Susanne Frank an der Verbesserung der Eiserzeugung; sie untersucht ein auf der Sekundärkristallbildung beruhendes Verfahren. Da die Hochschule Karlsruhe kein Promotionsrecht hat, erfolgen alle Promotionen in Kooperation mit einer Universität. Im Fall von Timo Maurath und Susanne Frank ist dies das Karlsruher Institut für Technologie (KIT – vormals Universität Karlsruhe).
Drei weitere wissenschaftliche Mitarbeiter arbeiten seit November 2009 am Einsatz von Eisbrei für den Einsatz in einer Fischenthäutungsmaschine.
Speicherung latenter Wärme
Seit Anfang 2010 forscht das IKKU auch an der Speicherung von latenter Wärme bei deutlich höheren Temperaturen als der Erstarrungstemperatur von Wasser. Eisbrei ist ein hervorragendes Speichermedium für Temperaturen zwischen 0 und ca. -20 °C. In einem gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut, den Unternehmen Ritter Solar und GEA Jet Pumps vierjährigen Forschungsvorhaben zum Thema „solare Klimatisierung“ entwickelt die Hochschule Karlsruhe einen Latentwärmespeicher für den Temperaturbereich von 150 bis 170 °C. Auch die Demonstrationsanlage soll in der zweiten Hälfte des Forschungsvorhabens ab 2012 an der Hochschule Karlsruhe installiert werden. Dazu werden voraussichtlich 400 m² Vakuumröhrenkollektoren auf dem höchsten Dach der Hochschule installiert.
Dynamische Simulation
Marco Braun deckt die dynamische Simulation von Kälteanlagen in diesem Verbund ab. Er kann hierbei auf langjährige Erfahrungen in der Automobilbranche zurückgreifen. Dort entwickelte er als Projektleiter bei der Daimler AG mit Unterstützung der Daimler Forschung und mehreren Universitäten ein Simulationstool für die dynamische Simulation von PKW-Klimaanlagen. 2006 ist dieses Tool als Standard für den Modellaustausch in der deutschen Automobilindustrie ausgewählt worden. Zusätzlich dazu verfügt Marco Braun über Erfahrung mit der Entwicklung von Absorptionswärmepumpen. Derzeit beschäftigt er sich auch mit der Anwendung von Blockheizkraftwerken zur Wohnraumbeheizung. Hier verfügt das IKKU über zwei Stirling-Motor-Blockheizkraftwerken. Eines vom Typ WhisperGen, an dem derzeit Untersuchungen zum Wirkungsgrad laufen, sowie ein weiteres, welches aus einem Entwicklungsprojekt der Firma Meyer & Cie. übernommen wurde und in Eigenentwicklung weitergeführt werden soll.
Fahrzeugklimatisierung
Michael Arnemann arbeitet seit 1999 im Bereich der Fahrzeugklimatisierung mit einem Schwerpunkt in der Verdichterentwicklung. Die Eigenschaften von Öl-Kältemittelgemischen bzw. deren Wirkung in Kälte- und Wärmepumpen sind seit seiner Promotion zum gleichen Thema sein spezielles Steckenpferd. Ein weiteres wichtiges Tätigkeitsfeld ist seit Jahren die Wärmeübertragung. Für die Industrie hat er eine Auslegungssoftware für Wärmeübertrager entwickelt, die auch Fertigungskosten berücksichtigt. Aktuell betreut er ein innovatives Konzept der Kühlung im Formenbau. Darüber hinaus gilt sein besonderes Interesse der energetischen Analyse von Kälte-, Klima- und Wärmepumpen, um deren Effizienz zu verbessern. In diesem Zusammenhang berät er auch das Bundesministerium für Umwelt (BMU) und ist seit über zwei Jahren zusammen mit Marco Braun in der fakultätsübergreifenden Energiegruppe der Hochschule Karlsruhe aktiv. Michael Arnemann ist seit 2008 Vorsitzender des Deutschen Kälte- und Klimatechnischen Vereins e. V.
Betriebskosten von BHKW senken
Maurice Kettner, Absolvent des KIT, beschäftigte sich bereits während seiner Promotion und seiner anschließenden Industrietätigkeit mit der Untersuchung und Optimierung von mager betriebenen Ottomotoren. Ab 1. März 2010 startet Maurice Kettner mit seinem Kollegen Prof. Helmut Scherf ein neues Forschungsvorhaben das darauf zielt die Betriebskosten von Blockheizkraftwerken zu verringern. Im Rahmen des Vorhabens soll das Verschleißteil Zündkerze durch ein neuartiges Entflammungsverfahren ersetzt werden. Gleichzeitig soll eine Erhöhung des motorischen Wirkungsgrads erzielt werden.
Wasserreinigung und -recycling
Jan Hoinkis arbeitet im Bereich der Wasserreinigung bzw. dem Wasserrecycling. Der Schwerpunkt der Entwicklungsarbeiten liegt insbesondere auf innovativen Membranfiltrationstechniken. Bei diesen Trennverfahren wird das zu filternde Medium unter erhöhtem Druck quer zu einer feinporigen Membran geführt. Membranen werden heute schon in vielen Bereichen der Wasseraufbereitung eingesetzt und stellen dabei eine leistungsstarke Alternative zu herkömmlichen Trennverfahren dar. So gibt es bereits eine breite Palette von unterschiedlichen Membranmaterialien, mit denen nicht nur feinste Partikel, sondern auch gelöste organische Stoffe und Salze (sogenannte Umkehrosmose) herausgefiltert werden können. Das Verfahren der Umkehrosmose wird heute schon vielfach im Bereich der Meerwasserentsalzung zur Gewinnung von Trinkwasser eingesetzt. In einem von der EU geförderten Projekt wurde ein membranbasiertes Abwasserrecyclingverfahren für eine Wäscherei entwickelt, das mittlerweile erfolgreich im großen Maßstab betrieben wird und mehr als 80 % an Frischwasser einspart. Ein weiteres EU-Projekt hat sich mit der Entfernung von Schadstoffen aus Trinkwasser (Arsen) mittels dezentraler Umkehrosmoseanlagen in asiatischen Ländern beschäftigt. Derzeit wird ein neues Projekt vorbereitet, das sich innerhalb eines Netzwerks von europäischen Partnern mit der Entwicklung von Membranen mit neuen, nanoskalierten Funktionsschichten zur Wasserreinigung befassen wird.
