Wärmepumpen werden bei der Wärmeversorgung der Zukunft eine große Rolle spielen. Natürliche Kältemittelgemische können die Effizienz von Wärmepumpen in ("kalten") Wärmenetzen zukünftig verbessern und somit die Wärmewende voranbringen.
Ziel des Projekts war die Entwicklung einer für unterschiedliche Anwendungen flexibel einsetzbaren Wärmepumpe (Flex-WP) auf Basis natürlicher, zeotroper Kältemittelgemische mit einem mittleren bis hohen Temperaturgleit sowohl auf der kalten als auch auf der warmen Seite im Leistungsbereich von ca. 50 kW.
Vorgehen
Das Projekt gliedert sich in zwei wesentliche Arbeitsbereiche. Im ersten Bereich wurde das Konzept und ein Funktionsmuster der Flex-Wärmepumpe entwickelt. Zunächst wurden theoretische Vorarbeiten zur Auswahl eines Gemisches aus natürlichen Kältemitteln sowie zur Vorauslegung des Funktionsmusters durchgeführt. Im Anschluss wurden Verdichter und Öl im Zusammenspiel mit dem Gemisch untersucht. Danach erfolgten die Konstruktion und der Aufbau des Funktionsmusters. Auch die Erstellung eines Sicherheitskonzepts für das brennbare Gemisch war Teil des Projekts. Abschließend wurde das Funktionsmuster erfolgreich in Betrieb genommen und mit verschiedenen Modifikationen vermessen. Ein zweiter Arbeitsbereich war notwendig, um eine Prüfeinrichtung für das Funktionsmuster bei PEWO bereitzustellen. Zu diesem Zweck wurde ein geeigneter Prüfstand geplant, gebaut und in Betrieb genommen.
Erkenntnisse
Folgende Erkenntnisse wurden gewonnen:
Bei großen Temperaturspreizungen über Wärmequellen und -senken ist ein Gemisch aus Propan und Butan hinsichtlich Effizienz und kompakter Anlage optimal.
Bei großen Spreizungen konnte mit dem Gemisch ein deutlicher Gewinn im COP (+ 0,5) bei etwas verringerter Heizleistung nachgewiesen werden.
Mit dem Gemisch konnten zudem Temperaturniveaus (90°C) erreicht werden, die mit Propan allein nicht möglich wären und mit Butan allein zu einer deutlich geringeren Heizleistung und Effizienz bei gleicher Anlage führen würden.
Für die Effizienz des Gemisches ist es extrem wichtig, dass eine geeignete Temperaturspreizung vorliegt.
