Rechengestützte Auslegung von Lamellenrohr-Wärmeübertragern mit integrierter ökonomischer Optimierung

Wärmeübertrager gehören in vielen Bereichen wie der Energie- und Verfahrenstechnik, des Transports oder der Klimatisierungs- und Kältetechnik zu den wichtigsten Komponenten thermischer Prozesse. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Auslegung von Lamellenrohr-Wärmeübertragern, die eine breite Anwendung zur Übertragung von Wärme zwischen Gasen und Flüssigkeiten finden. Das Ziel der Auslegung ist die Erfüllung der technischen Prozessanforderungen bei minimalen Investitions- und Betriebskosten des Wärmeübertragers. Hierfür wurde ein automatisiertes Auslegungsverfahren für Lamellenrohr-Wärmeübertrager entwickelt, das energetische und ökonomische Aspekte abdeckt sowie in seiner Systematik Hilfsapparate wie Ventilatoren und Pumpen berücksichtigt. Zusätzlich wurde ein mathematischer Optimierungsalgorithmus zur Variation möglicher Konfigurationen integriert. Zur Bewertung der Auslegungsvarianten wurden ein thermo- und hydrodynamisches Modell des Wärmeübertragers sowie Kostenfunktionen zur Abschätzung der Investitions- und Betriebskosten ausgearbeitet. Das Auslegungsverfahren wurde für zwei Fälle demonstriert. Durch das Auslegungsverfahren konnte die Wirtschaftlichkeit der Lamellenrohr-Wärmeübertrager im Vergleich zur Referenzauslegung um ca. 30% bzw. 20% verbessert werden. Durch den ganzheitlichen Energieeffizienz und Kosten vereinenden Ansatz der Auslegung konnte somit ein hohes Optimierungspotential hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit gezeigt werden.