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C. Oppeneiger:
"Auslegung und numerische Simulation eines Festbettregenerators mit Luft als Wärmetransportmedium";
Supervisor: M. Haider; Institut für Energietechnik und Thermodynamik, 2018.

In the context of the present work, the basis for the design of a seasonal high-temperature
heat storage are laid. The implementation and patentability will be examined. Due to
the lack of validly granted patents, the project can be realized in Austria or Europe
(07.02.2018). Abroad, particularly in the USA, it will not be possible to realize the heat
storage without any license payments. A patentability is possible due to the state of the
art only with innovative details. Glass foam granulate is used for the necessary thermal
insulation of the underground construction method. The pressure load due to the required
dimensions seems to be acceptable.
For a future validation with experimental data, a numerical simulation model of an experimental
setup for laboratory operation was created with the simulation software Ansys
Fluent. The temperature dependencies of the material values, especially for the heat storage
medium as well as for the air, are taken into account by User De ned Functions
(UDFs). The e ective thermal conductivity of the air in the bulk area as well as the heat
transfer from
uid to particle are also determined by UDFs. Due to some uncertainties
and disproportionately long loading times during the initial simulation of the heat storage,
a control geometry is created for analytical veri cation. Di erent variants of the control
geometry are numerically and analytically calculated and the results compared. It turns
out that the porous model used for the bulk area satis es the energy balances. The in-

uence of time step selection in a transient simulation is also considered. The continuous
reduction of the time step results in a more accurate match of the delivered and absorbed
heat quantities. The results determined by the control geometry indicate a correct simulation
model as well as correctly implemented UDFs. The results of the rst simulation
seem, with reference to the ndings from the control geometry, realistic.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Grundlagen für die Auslegung eines saisonalen
Hochtemperaturwärmespeichers gelegt. Die Umsetzung und Patentierbarkeit des
Wärmespeichers werden uberprüft. Auf Grund fehlender gültig erteilter Patente kann
das Vorhaben in Österreich bzw. Europa zum Stand 07.02.2018 umgesetzt werden. Im
Ausland, speziell in den USA, wird es nicht möglich sein, ohne etwaige Lizenzzahlungen,
den Wärmespeicher zu realisieren. Eine Patentierbarkeit ist auf Grund des umfangreichen
Stand der Technik nur mit innovativen Details möglich. Für die notwendige
Wärmedämmung der unterirdischen Bauweise wird Glasschaumgranulat verwendet. Die
durch die benötigten Dimensionen herrschende Druckbelastung scheint beherrschbar zu
sein.
Für eine zukünftige Validierung mit experimentellen Daten wird ein numerisches Simulationsmodell
einer Versuchsanlage für den Laborbetrieb mit der Simulationssoftware
Ansys Fluent erstellt. Die Temperaturabhängigkeit der Stoßwerte, speziell für das
Wärmespeichermedium als auch für die Luft, wird durch User De ned Functions (UDFs)
berücksichtigt. Die effektive Wärmeleitfähigkeit der Luft im Schüttungsbereich, sowie der
Wärmeübergang von Fluid zu Partikel wird ebenfalls als UDF umgesetzt. Auf Grund einiger
Ungewissheiten und unverhältnismäßig langen Beladungszeiten bei der Erstsimulation
des Wärmespeichers, wird eine Kontrollgeometrie zur analytischen Überprüfung erstellt.
Verschiedenen Varianten der Kontrollgeometrie werden numerisch und analytisch durchgerechnet
und die Ergebnisse verglichen. Es stellt sich heraus, dass das für die Schüttung
verwendete porous model, in jeder Variante, die Energiebilanzen zufriedenstellend erf ullt.
Der Ein
uss der Zeitschrittwahl bei einer transienten Simulation wird ebenso beachtet.
Die Reduktion des Zeitschrittes resultiert in einer immer genaueren Ubereinstimmung der
abgegebenen und aufgenommenen W armemengen. Die von der Kontrollgeometrie in allen
Varianten ermittelten Ergebnisse weisen auf ein korrektes Simulationsmodell, sowie auf
korrekt implementierte UDFs hin. Die Ergebnisse der Erstsimulation scheinen, mit Bezug
auf die Erkenntnisse aus der Kontrollgeometrie, realistisch.

Wärmespeicher, Wärmedämmung, Festbettregenerators