Thermodynamische Analyse eines thermoelektrischen Wäschetrockners

Haushaltswäschetrockner werden überwiegend mit geschlossenem Prozessluftkreislauf genutzt, in dem die Luft erhitzt, durch die Wäsche befeuchtet und die Feuchtigkeit durch Abkühlung auskondensiert wird. Zur Erhitzung wird entweder eine Widerstandsheizer oder eine Wärmepumpe verwendet. Die für den Nutzer relevanten Größen sind der Energieverbrauch und die Trockendauer. Neben der Weiterentwicklung bestehender Wäschetrocknersysteme haben alternative Systeme das Potential, diese Größen zu reduzieren. In dieser Arbeit wird ein neuartiges thermoelektrisches Wäschetrocknerkonzept theoretisch und experimentell untersucht, welches bisher lediglich in Patentschriften beschrieben wurde. Nach der Vorstellung einer Methodik zur Eingrenzung des zu erwartenden Betriebsbereich der thermoelektrischen Module wird der Prüfstand eines prototypischen thermoelektrischen Wäschetrockners beschrieben. Als Grundlage für eine Analyse wird ein auf physikalischen Gleichungen basierendes Modell des thermoelektrischen Wäschetrockners entwickelt und anschließend am Prüfstand validiert. In einer weiterführenden Untersuchung werden wichtige Einflussgrößen auf das Systemverhalten und die Potentiale des Systems hinsichtlich Zeit und Effizienz aufgezeigt. Anhand von Parameterstudien kann ein maßgeblicher Einfluss der Stromstärke der thermoelektrischen Module auf das Trocknungsverhalten festgestellt werden. Es kann jeweils eine Einstellung der Stromstärke identifiziert werden, welche die Trockendauer minimiert, und eine weitere, die den Energieverbrauch auf ein Minimum senkt. Mit dieser Erkenntnis werden für die weiteren Untersuchungen zwei Betriebsweisen definiert. Mit Hilfe eines mathematischen Optimierungsprogramms werden für diese Betriebsweisen zeitliche Verläufe der Modulstromstärke und der Gebläsedrehzahlen vorgeschlagen. In einem abschließenden Vergleich werden Trockendauer und Energieverbrauch der optimierten Betriebsweisen des thermoelektrischen Wäschetrockners mit den Werten der Referenzsysteme gegenübergestellt. Als Referenzsysteme dienen in dieser Arbeit ein Kondensationstrockner und ein Wärmepumpentrockner. Mit der Betriebsstrategie, die auf einen minimalen Energieverbrauch abzielt, liegt der Energieverbrauch zwischen dem eines handelsüblichen Wärmepumpentrockners und dem eines Kondensationstrockners. Die zeitliche optimierte Betriebsweise erreicht Trockendauern, die stets geringer sind als die der Referenzsysteme.