Wissenschaft praktisch erklärt Uwe Franzke

Thermisch angetriebene Absorptionskälteanlagen sind ein wichtiger Baustein für die kältetechnische als auch für die wärmetechnische Versorgung, wenn man diese Systeme intelligent koppelt. Sie bieten beispielsweise die Chance, die bisher ungenutzte Abwärme sinnvoll zu nutzen.
In diesem Podcast erläutert Dr. Mathias Safarik, Hauptbereichsleiter der Angewandten Energietechnik am ILK Dresden, welchen Beitrag die thermische Kälteerzeugung in der Energiewende leisten kann, wo noch Handlungsbedarf besteht und welche wissenschaftlichen Herausforderungen er sieht.: Zum Beispiel wie diese Systeme an die erneuerbaren Energien angepasst werden müssen und ab welcher Kälteleistung überhaupt eine Absorptionskälteanlage interessant ist?https://www.ilkdresden.de/leistungen/forschung-und-entwicklung/projekt/thermische-kaelteerzeugung-absorptionskaeltetechnik
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https://www.ilkdresden.de/leistungen/produkte-und-prototypenbau/projekt/vakuum-fluessigeis-technologie

Herzlich Willkommen zur vierten Folge „Wissenschaft praktisch erklärt“
Im Rahmen dieser Veranstaltungsreihe möchten wir neueste Erkenntnisse und Erfahrungen aus Forschungsprojekten des ILK Dresden vorstellen. 
Heute sprechen wir über Wärmepumpen, Sektorenkopplung und Energiewende. 
Die Energiewende ist seit vielen Jahren in aller Munde. Die Sektorenkopplung bezeichnet die umfassende Vernetzung aller Sektoren der Energiewirtschaft und Industrie. Also den Austausch von Energie, um wirklich alle fossilen Brennstoffe wie Gas, Kohle und Benzin zu ersetzen. Den Wärmepumpen kommt dabei mit der strombasierten Wärmeerzeugung eine ganz besondere Bedeutung bei.
Das ILK Dresden arbeitet seit Jahrzehnten an der Verbesserung der Wärmepumpen und deren Integration in Anwendungen. 
Mein Name ist Uwe Franzke. Ich bin der Geschäftsführer des ILK Dresden. 
Ich begrüße unseren heutigen Gast ganz herzlich – Herrn Markus Müller.
Er arbeitet im Bereich Kälte- und Wärmepumpentechnik des ILK seit über 20 Jahren
Seine Themengebiete im ILK u.a.:
WärmepumpenKälteanlagen/PrüfständeWärmeübertragungHerzlich willkommen!
 
Herr Müller, wir werden heute über die Forschungsarbeiten zu den Wärmepumpen sprechen und wollen den Podcast unter die Überschrift stellen:
„Beiträge der Wärmepumpen zur Sektorenkopplung“  
Was genau sind Wärmepumpen?
Obwohl der Begriff in aller Munde ist, stelle ich immer wieder fest, dass viele Leute nicht genau wissen, was eine Wärmepumpe ist, wie sie funktioniert und was die wichtigsten Randbedingungen sind. Wir Ingenieure verwenden sehr gern Analogien, wenn wir etwas erklären wollen. So will ich die Wärmepumpe mal mit einer Wasserpumpe vergleichen, die Wasser aus einem Brunnen an die Oberfläche befördert, um z.B. den Garten zu bewässern. Dazu kurz der eigentlich triviale Hinweis, dass im Brunnen auch Wasser da sein muss, dass ich hochpumpen kann. 
Da es den sogenannten Energieerhaltungssatz gibt – d.h. Energie kann nicht erzeugt werden oder verschwinden, sondern nur umgewandelt werden, betrachten wird die Wärme als Energieform, die von einem niedrigen Temperaturniveau, also z.B. kalte Außenluft oder Erdwärme, auf ein hohes Temperaturniveau gepumpt wird. Hierzu wird elektrische Energie benötigt. Die technische Einrichtung dafür ist eine Kältemaschine bzw. Wärmepumpe, die aus einem oder mehreren Verdichtern und Wärmeübertragern besteht, in denen ein sogenanntes Kältemittel zirkuliert. Je nach der Temperaturdifferenz zwischen dem kalten und warmen Temperaturniveau ist die elektrische Antriebsenergie nur ein Bruchteil der gepumpten Wärme, hängt aber wie bei der Wasserpumpe auch immer von der Höhe, also dem Temperaturhub, ab.
Mit einer kWh Strom kann ich also mehrere kWh Wärme für die Beheizung oder Erzeugung von warmem Wasser bereitstellen. Wichtig dabei ist zu beachten, dass ich die Wärmemenge auf dem niedrigen Niveau auch zur Verfügung habe – wie in meinem Beispiel vorhin, das Wasser. Und da kommt dann schon die Sektorkopplung ins Spiel.
Wie genau geschieht die Integration der Wärmepumpen in die Sektorenkopplung?
Der Begriff Sektorenkopplung meint heute meistens die Verknüpfung der Bereiche Elektroenergie, Wärme, Kälte, ggf. noch Verkehr – und dies aus Angebots- und Nachfragesicht, was also auch die Speicherung mit einbezieht. Insbesondere im Hinblick auf erneuerbare Energien, die bekanntermaßen sehr ungleichmäßig zur Verfügung stehen, ist es notwendig, intelligente Strategien zu entwickeln. Die Wärmepumpe als Schnittstelle zwischen Elektroenergie und Wärme kann hier einen großen Beitrag leisten. Zum Beispiel kann Wärme erzeugt und gespeichert werden, wenn ausreichend Strom zur Verfügung steht und dann genutzt werden, wenn gerade Flaute ist. So könnte nach und nach das Verbrennen von Öl und Gas durch erneuerbaren Strom ersetzt werden.
Was war Ihre Motivation, sich mit diesem Thema zu beschäftigen?
Ich bin in der klassischen Kältetechnik gestartet

Im Gespräch: Prof. Uwe Franzke | Dr.-Ing. habil. Matthias H. BuschmannNanopartikel – Chance oder Gefahr?Nanopartikel spalten die Gesellschaft. Auf der einen Seite gibt es unzureichend erforschte gesundheitliche Risiken. Auf der anderen Seite bieten sie scheinbar ungeahnte Möglichkeiten durch die deutlich anderen physikalischen Eigenschaften.Das ILK Dresden hat an verschiedenen Themen geforscht, um sowohl das Verhalten von Nanopartikeln besser zu verstehen als auch die Möglichkeiten der Anwendung zur Effizienzsteigerung bei der Wärmeübertragung kennenzulernen.Heutiger Gast ist Herr Dr.-Ing. habil. Matthias H. Buschmann. Er hat an der TU Dresden Strömungsmechanik / Thermodynamik studiert und anschließend promoviert. Gegenstand seiner Promotion waren „turbulente Wandgrenzschichten“.  Heute beschäftigt er sich am ILK Dresden mit Strömungsmechanik, Wärme- und Stoffübertragung und mit Nanofluiden.Was genau sind Nanopartikel?„Nanopartikel sind, wie ihr Name schon sagt, sehr, sehr klein. Wir bewegen uns in der Größenordnung von 1 Millionstel eines Millimeters. Das klingt erstmal sehr klein, wenn wir jedoch uns Wassermoleküle anschauen, die circa 0,3 Nanometer im Durchmesser groß sind, sind die Partikel, die wir am ILK Dresden betrachten, schon wieder relativ groß, denn sie haben 100 Nanometer. Diese Partikel können auf unterschiedlichen Wegen hergestellt werden. Vorrangig sind es Metalle oder Oxide, wie zum Beispiel Siliziumoxid oder Metalle, wie sie uns im Alltag begegnen, wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium oder Gold.“Was war Ihre Motivation, sich mit diesem Thema zu beschäftigen?„Wir beschäftigen uns nicht mit der Herstellung der Partikel. Wir kaufen die Nanopartikel ein. Für uns sind in erster Linie die Suspensionen bedeutsam, wo man die Nanopartikel in Wasser, Kältemittel, Wärmeübertrageröl oder anderen Trägerfluiden dispergiert. Damit prüfen wir, ob wir in ganz normalen konventionellen Wärmeübertragungssystemen den Wärmeübertrager, vorrangig ist das ja Wasser, durch solche Nanofluide -  die bessere thermodynamische, thermophysikalische Stoffeigenschaften haben - ersetzen kann. Unser Ziel ist es also, die Wärmeübertragung zu verbessern, indem wir durch die Zufügung von diesen Partikeln zu dem ursprünglichen Wärmeträger  dessen Eigenschaften verbessern und somit die Wärmeübertragung verbessern können.“Welche wissenschaftlichen Herausforderungen gibt es? „Eine Herausforderung ist, die Prozesse laufen auf Skalen - Zeit und Länge – ab, die wir experimentell nicht auflösen können. Wir können nicht im Nano- oder Mikrometerbereich Wärmeübertragerprozesse experimentell auflösen. Wir müssen immer in den maschinenbaulich relevanten Zeitskalen und Abmessungen denken und dann sehen ob die Effekte, die in viel kleineren Skalen ablaufen, auch wieder in unseren Experimenten sichtbar werden.“Welche Gefahr geht für den Mensch oder die Umwelt aus? „Ich möchte vorab sagen, dass sich unsere Nanopartikel immer in Suspensionen befinden. Das ist ein bisschen anders, als wenn sich Nanopartikel in Form von Stäuben in der Luft befinden. Da sind sie viel weniger zu kontrollieren als bei uns. Am ILK Dresden sind Nanopartikel immer in Suspensionen gebunden.  Aber Sie haben Recht, natürlich bestehen diese Herausforderungen. Die Nanopartikel sind so klein, dass sie jede Barriere im menschlichen Körper überwinden können. Sie können die Blut-Hirn-Schranken überwinden und sie können quasi überall Schaden anrichten, wenn sie in den Körper gelangen. Wir haben aber, und da spreche ich wieder unsere chemischen Labore an, Technologien entwickelt, wie man technisch korrekt und sorgfältig mit den Nanofluiden umgeht, um solche Probleme zu vermeiden.  Mehr noch, wir haben ein Europäisches Netzwerk (gefördert durch COST), mit welchem wir einen Businessplan für die Anwendung von Nanofluiden in den europäischen Industrien entwickeln. Hier gehört als Komponente dazu: „Wie gehe ich

Im Gespräch: Prof. Uwe Franzke | Frau Dipl.-Marketingwirt(BAW) Daniela Koch | Herr Dipl.-Ing. Ralf HeidenreichHerzlich Willkommen zur zweiten Folge „Wissenschaft praktisch erklärt“
Im Rahmen dieser Veranstaltungsreihe möchten wir neueste Erkenntnisse und Erfahrungen aus Forschungsprojekten des ILK Dresden vorstellen. 
Heute sprechen wir über Aerosole und die Frage, wie lange diese in der Luft verbleiben.
Die vergangenen Monate haben uns schmerzhaft vor Augen geführt, wie stark Aerosole mit Viren unser Leben in Räumen beeinträchtigen können. Dabei gehören Aerosole in Form der Feinstaubbelastung seit langer Zeit zum Alltag moderner Gesellschaften. Die öffentliche Diskussion darüber war nur nicht so ausgeprägt wie heute.
Das ILK Dresden hat an verschiedenen Themen geforscht, um sowohl das Verhalten von Aerosolen besser zu verstehen als auch die Möglichkeiten der Reduzierung der Aerosole so effektiv wie möglich zu realisieren.
Mein Name ist Uwe Franzke. Ich bin der Geschäftsführer des ILK Dresden. 
Gemeinsam mit Frau  Daniela Koch (Diplom-Marketingwirt BAW) begrüße ich unseren heutigen Gast ganz herzlich – Herrn Dipl.-Ing. Ralf Heidenreich.
Nach einer Lehre Klempner/ Installateur hat er an der TU Dresden Verfahrenstechnik/ Umweltverfahrenstechnik studiert.
Er ist seit 1997 im ILK Dresden. Zunächst als Diplomand, dann als wiss. Mitarbeiter und seit 2004 Leiter des Bereiches Luftreinhaltung.
Seine Themengebiete sind u.a.:
·       Aerosole
·       Partikelabscheidung
·       Rauchgasreinigung
·       Hygiene in raumlufttechnischen Anlagen
Herr Heidenreich, wir werden heute über Ihre Forschungsarbeiten zu den Aerosolen sprechen und wollen den Podcast unter die Überschrift „Wie gefährlich sind Aerosole?  stellen.
Was genau sind Aerosole?
Aerosole sind Tropfen oder Staubkörnchen, die in der Luft schweben. Das Wort ist eine Zusammensetzung von aer [Luft] und solution [Lösung], auch könnten wird sagen Luft und Sole, also Salztropfen in Luft
Wie lange bleiben diese in der Luft?
Ein Wassertropfen mit 5 mm Durchmesser fällt mit 2 Meter je Sekunde, ein Nanopartikel mit 100 Nanometer hat eine Sinkgeschwindigkeit von 0,003 mm/s und bleibt für Tage in der Luft.
Welche Gefahr geht von Aerosolen für den Menschen aus?
Das kommt ganz auf die Art des Aerosols an. Bei Seeluft, oder in Sole- Heilbädern – auch hier sind Aerosole, hat das Aerosol eine gesundheitsfördernde Wirkung. Bei Anderen Stoffen – wie z.B. Nano- Sprays wurden Vergiftungsfälle beobachtet, welche noch nicht ganz aufgeklärt werden können. Letztendlich aber auch Krankheitserreger in der Luft enthalten sein, welche durch die Atmung von Mensch zu Mensch übertragen werden können – das Erleben wir gerade durch die COVID19 – Pandemie sehr eindrücklich. 
Was war Ihre Motivation, sich mit diesem Thema zu beschäftigen?
Ich finde schon immer das unsichtbare interessant. Auch die Messtechnik spielt da eine Rolle, aber auch die Phänomene die damit verbunden sind.
Sind Aerosole vermeidbar?
Auch hier ist wieder entscheidend, welche Aerosole wir meinen – das Meer kann nicht abgestellt werden, der Wind auch nicht- Er brachte uns im Winter wieder mal Sahara- Sand nach Europa. Der Mensch kann auch nur kurze Zeit ohne Atmen existieren. Für den technischen Sektor ist es etwas anderes – hier können wir z.B. auf Sprays verzichten. 
Wie kann man Aerosole abscheiden?
Da Aerosole eine sehr unterschiedliche Größe haben können, sind auch die technischen Möglichkeiten vielfältig. Sehr feine Aerosole im Nano- Bereich können oft nur durch Filter abgeschieden werden. Andere Möglichkeiten sind z.B. Temperaturunterschiede.
Wer braucht diese Erkenntnisse?
Die Erkenntnisse benötigen alle Hersteller von Filtern, aber auch die Betreiber von Anlagen und Gebäuden.
Wie wir nun auch wissen, sind diese Erkenntnisse auch für die Nutzer von Gebäuden und Innenräumen von Interesse um Einzuschätzen, welcher Gefährdung sie möglich

Thema: Prüfverfahren zur dynamischen Alterung von Werkstoffen
Im Gespräch: Prof. Uwe Franzke | Frau Dr. Franziska Krahl | Herr Dr. Ulrich Zerweck-Trogisch 
Prof. Franzke:
Herzlich Willkommen zur ersten Folge „Wissenschaft praktisch erklärt“. Im Rahmen dieser Veranstaltungsreihe möchten wir neueste Erkenntnisse und Erfahrungen aus Forschungsprojekten des ILK Dresden vorstellen.
Heute sprechen wir über ein Prüfverfahren zur dynamischen Alterung von Werkstoffen. Wir alle ärgern uns, wenn Produkte schnell kaputt gehen und unsere Erwartungen an die Qualität nicht erfüllt werden. Speziell die die zeitliche Änderung von Werkzeugeigenschaften ist ein Problem, welches den Herstellern große Schwierigkeiten bereitet. Dabei lassen sich viele Erkenntnisse der Alterung im Vorfeld ermitteln, wenn man den richtigen Partner mit dem richtigen Equipment an seiner Seite hat. 
Mein Name ist Uwe Franzke. Ich bin der Geschäftsführer des ILK Dresden. Gemeinsam mit Herrn Dr. Ulrich Zerweck begrüße ich unseren heutigen Gast, Frau Dr. Franziska Krahl ganz herzlich. 
Lassen Sie mich Frau Dr. Krahl kurz vorstellen. Sie hat an der TU Dresden Chemie studiert und dort im Jahr 2008 promoviert. Seit Juni 2012 ist sie wissenschaftlich-technische Mitarbeiterin am ILK Dresden und arbeitet als Chemikerin u. a. auf den Themengebieten Arbeitsstoffanalytik, Kältemittel- und Ölanalysen, Alterungsuntersuchungen und Schadensanalysen. Herzlich Willkommen.
Frau Dr. Krahl, wir werden heute über Ihr Forschungsthema „Prüfverfahren zur dynamischen Alterung von Werkstoffen“ sprechen. Ganz ehrlich, das Thema klingt etwas sperrig. Daher meine erste Frage: was genau muss man sich unter diesem Projekt vorstellen? 
Es geht in dem Projekt um Werkstoffe, um deren Alterung und um ein Prüfverfahren, was die Alterung abbilden oder nachbilden soll. Und der Kernpunkt ist die Art und Weise, wie die Werkstoffe gealtert werden und zwar im Gegensatz zu existierenden Verfahren altern wir die Werkstoffe in diesem Prüfverfahren auf eine dynamische Art und Weise. 
Prof. Franzke: Welche Werkstoffe muss man sich vorstellen? Unter Werkstoffen kann man sich wie in unserem Fall in der Kältetechnik Werkstoffe vorstellen, die Dichtungsmaterialen, Bauteil-relevante Kunststoffe oder auch Schlauchmaterialien und im Einsatz müssen diese Werkstoffe ihre Eigenschaft erfüllen, ihre Funktion erfüllen und sind dabei Umgebungseinflüssen ausgesetzt. Wir haben erhöhten Druck, erhöhte Temperaturen, wir haben das Kältemittel und das Kältemaschinenöl und während des Einsatzes werden die Werkstoffe beansprucht und dabei altern sie, sollen aber ihre Eigenschaften erhalten und ihre Funktion möglichst lange erfüllen. Und wenn man nun wissen möchte, ob ein Werkstoff in einer Anlage eingesetzt werden kann, muss man diese prinzipielle Eignung nachweisen und das macht man mittels standardisierter Prüfverfahren, die die Alterung simulieren. Und das bezeichnen wir auch als Beständigkeitsprüfung und in den existierenden Verfahren werden die Werkstoffe dabei auf eine Art und Weise gealtert, die man als statisch bezeichnen kann. 
Dr. Zerweck: OK, statisch heißt, man beaufschlagt einfach mit einer gewissen Belastung und was wäre jetzt der Unterschied zum dynamischen Test?
Frau Dr. Krahl: ich würde das kurz erklären, vor allem wie die statische Alterung abläuft üblicherweise. Man altert bzw. stresst den Werkstoff, in dem man ihm den in der Anlage eingesetzten Medien, wie Kältemittel und Kältemaschinenöl aussetzt und zwar bei erhöhter Temperatur und Druck und dafür gibt man dem Werkstoff zusammen mit dem Kältemittel und dem Kältemaschinenöl in ein Druckgefäß und lagert dieses über eine bestimmte Zeit – üblicherweise zwischen 3 und 10 Wochen – in einem Wärmeschrank bei einer definierten Temperatur aus und die Temperatur ist dabei im Vergleich zur Einsatztemperatur des Werkstoffes deutlich erhöht, womit man einen zeitraffenden Effekt erzielt und damit die Pr