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Quelle: shutterstock
F&E:
Test-Marathon für die optimale Wärmepumpe
Um Wärmepumpen noch umweltfreundlicher zu machen, haben Fraunhofer-Forschende eine einzigartige Messkampagne gestartet.
 
Im Projekt „LC150“ hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme eine Wärmepumpe entwickelt, die Propan als vergleichsweise umweltfreundliches Kältemittel verwendet. Durch eine aufwändige Testreihe soll nun die Menge des notwendigen Propans minimiert werden. 

Um herauszufinden, wie die ideale Konstruktion einer Propan-Wärmepumpe aussieht, werden für die Messkampagne zwischen 40 und 80 Prototypen gebaut, wobei die einzelnen Komponenten (Verdampfer, Verdichter, Kondensator, interner Wärmeübertrager und Expansionsventil) in unterschiedlichsten Konstellationen zusammengesetzt werden.

An drei identischen Testständen laufen die Tests parallel ein Jahr lang 24 Stunden am Tag, wobei pro Prototyp zwischen 30 und 150 Betriebspunkte angefahren und die Messwerte von 26 Sensoren aufgezeichnet werden. Für die automatisierte Durchführung der Tests entwickelt das Team des Fraunhofer ISE ein System zur automatischen Kältemittelbefüllung und -entleerung der Wärmepumpen, um das aufwändige händische Handling des Propans durch geschultes Fachpersonal zu sparen.

"Die Messkampagne lebt von der breiten Beteiligung von Komponentenlieferanten, die sich durch das Bereitstellen marktverfügbarer und gezielt angepasster Komponenten wie Wärmeübertrager und Verdichter an dem Projekt beteiligen", erklärt Lena Schnabel, Abteilungsleiterin Wärme- und Kältetechnik am Fraunhofer ISE. Mit der automatisierten Prüftechnik werde jetzt das Werkzeug in Betrieb genommen, um in vergleichsweise kurzer Zeit einen umfangreichen Datenpool zu erheben und so die Basis für die schnelle Marktumsetzung zu legen.

Sensoren erfassen Temperatur, Druck, Leistungsaufnahme und Volumenströme in den Prototypen, die Daten werden automatisch in eine Software zur Auswertung geladen. Um ihre Auswirkungen auf die Komponenten zu ermitteln, werden Wärmesenken und -quellen ebenso variiert wie Temperaturen und Betriebszustände. Dies erlaubt die Abschätzung der saisonalen Effizienz einer mit dem jeweiligen Kältekreis aufgebauten Wärmepumpe. Auch die Ölmenge und der Öltyp im Verdichter werden variiert.

Aus der gewonnenen Datenbasis wollen die Forscherinnen und Forscher methodische Zusammenhänge ableiten, damit kältemittelreduzierte Wärmepumpen in Zukunft mit weniger Aufwand ausgelegt werden können. Die technische Universität von Valencia (UPV) entwickelt dafür mit ihrer Software IMST-Art ein Werkzeug für simulative Voraussagen. Während der Messkampagne werden die Simulationsergebnisse mit den tatsächlichen Messwerten abgeglichen und die Software so laufend verbessert.

Die drei automatisierten Messstände zur Durchführung der Messkampagne
Quelle: Fraunhofer ISE
 

Peter Koller
Redakteur
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Dienstag, 26.10.2021, 15:21 Uhr

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