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Verbundvorhaben Öl-Effiziente Kältesysteme – Schmierstoffwahl für Kälteanlagen unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz

Projektträger Jülich | Forschungszentrum Jülich GmbH

06/2022-05/2025

M.Sc. Christian Hanzelmann

+49-351-4081-5416

OELEK

Partner im Verbundprojekt OELEK

Projektkoordinator:

Institut für Luft- und Kältetechnik gGmbH, Dresden (ILK)

Projektleitung:

COOLPLAN Ingenieurbüro, München

Projektpartner:

HS Ruhr West, Mülheim (HRW)

 

COOL EXPERT GmbH, Allendorf

 

KLÜBER Lubrication München SE & Co. KG, München

 

BOCK GmbH, Frickenhausen

Vorhabensbeschreibung

Sowohl die Energieeffizienz von Kälteanlagen (KA) und Wärmepumpen (WP) als auch der Einsatz alternativer Kältemittel (KM) sind beeinflusst durch die Wahl des Schmierstoffes und der Schmierstoffmenge in den jeweiligen Anlagen. Das Öl, welches zur Schmierung des Verdichters benötigt wird, gelangt in den KM-Kreislauf und verschlechtert in den meisten Fällen die Kälte- bzw. Wärmeleistung der Anlage. Zudem können Schaumbildung und Öllöslichkeit im KM zur Viskositätsminderung und folglich zu Mangelschmierung oder Komplettausfällen des Verdichters führen, wodurch wiederum die Energieeffizienz, Lebensdauer und Einsatzgrenzen des Verdichters beeinträchtigt werden. Im Vergleich zu den derzeit üblicherweise verwendeten (fluorierten) Kältemitteln treten insbesondere bei Kohlenwasserstoffen (KW) wie Propan (R290) vermehrt Probleme durch Verdichter-Mangelschmierung auf. Die Frage nach dem „richtigen“ Öl und KM-Öl-Gemisch (KMÖG) ist derzeit noch nicht ausreichend untersucht als auch in der Praxis erprobt und stellt neben der Kältemittel-Brennbarkeit ein weiteres Hemmnis für den flächendeckenden Einsatz von R290 in Kälte- und Wärmepumpenanlagen dar. Ziel des Vorhabens ist es, eine optimale, betriebssichere KM-Öl-Kombination für ein effizientes Supermarkt-Kälte-/Wärmepumpen- System mit R290 zu ermitteln und dadurch die zwei größten Hemmnisse für die Einführung von R290 in der stationären Kältetechnik abzubauen. Eine ganzheitliche, modellhafte Betrachtung des Kältekreislaufes inklusive kältetechnischer Komponenten und des Kältemittels in Kombination mit den Schmierstoffen (Öl) ist daher notwendig. Im Laufe des Projektes müssen zunächst die fehlenden Stoffdaten von KMÖG ermittelt werden. Um die dynamische Kältekreislauf-Simulationssoftware (Modelle, Stoffwerte, KMÖG, Komponenten) validieren sowie den energetischen und Langzeiteinfluss des KMÖG auf Komponenten, speziell Verdichter und System in der Anwendung ermitteln zu können, ist der Aufbau einer realen Anlage unter Laborbedingungen notwendig.

Arbeitsplan

Ziel des Vorhabens ist es, eine betriebssichere und effiziente Kältemittel-Öl-Kombination für ein Kälteanlagen-/Wärmepumpensystem mit R290 zu ermitteln und dadurch die zwei größten Hemmnisse für die Einführung von R290 in der stationären Kältetechnik abzubauen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden durch die einzelnen Verbundpartner die folgenden Arbeiten durchgeführt. Der Schmierstoff-Hersteller KLÜBER ist für die Auswahl, Neuentwicklung und Freigabe des optimalen Öles verantwortlich. Hierzu werden zunächst am Markt verfügbare Öle untersucht, um anschließend ein neues Öl entwickeln zu können. Der Öl-Hersteller steht in enger Zusammenarbeit mit dem ILK und dem Verdichter-Hersteller BOCK. BOCK stellt die Verdichter für die Test-Kälteanlage zur Verfügung, befundet diese und gibt letztendlich sowohl den Verdichter als auch das Öl in Verbindung mit dem Kältemittel R290 frei. Das Forschungsinstitut ILK ermittelt die Stoffdaten der KMÖG, um beispielsweise das Mischungsverhalten der Fluide zu untersuchen. Darüber hinaus liefert das Institut die benötigten Stoffwerte der Mischungen für weiterführende Berechnungen in dynamischen Modellen, bestimmt Polynome zur Ermittlung der Öl-Konzentration im Kältemittel und führt die Leistungstests an den Verdichtern durch. Die dynamischen Modelle werden durch COOLPLAN mit Unterstützung der HRW erstellt und in ein Software-Tool integriert, um durch Simulation die Effizienz der Kälteanlage zu optimieren. Des Weiteren validiert die HRW sowohl die Stoffwerte als auch das Software-Tool an einer Test-Kälteanlage, die von COOL EXPERT konstruiert und in einen vorhandenen Prüfstand an der HRW integriert wird. Darüber hinaus entwickelt COOLEXPERT einen Öl-Sensor und führt dessen Validierung durch.

 

Besuchen Sie bitte auch unsere offizielle Projekt-Homepage um sich über aktuelle Themen und Entwicklungen des Projekts OELEK zu informieren: https://oelek.de/

 


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