Wang, H.; Nefodov, D.; Richter, M.; Urbaneck, T.
Bereitstellung von Prozesswärme mit Wärmepumpen und Fernwärme
In: Deutscher Kälte- und Klimatechnischer Verein e. V. DKV (Hrsg.): Deutsche Kälte‐ und Klimatagung 2023 Hannover. Hannover, 2023 Tagungsband (Datenträger). – ISBN 978-3-932715-56-3. https://dkv.org/index.php?id=161
Kurzfassung
In den letzten Jahren hat die Nutzung von industrieller Abwärme als Wärmequelle für Hochtemperatur-Wärmepumpen an Bedeutung zugenommen. Dieser Beitrag behandelt einen neuen Ansatz im Bereich industrieller Wärmepumpen.
Im Fernwärme-Sektor werden die Vorlauf- und Rücklauftemperaturen in bestehenden Netzen, z. B. zur Reduktion der Wärmeverluste, sukzessiv gesenkt. Fernwärmesysteme können dann keine Verbraucher mit höheren Temperaturen versorgen (z. B. über 120 °C). Eine mögliche Nutzung des Vorlaufs oder des Rücklaufs als Wärmequelle bietet ebenfalls ein Potenzial für Hochtemperatur-Wärmepumpen. Dann können Fernwärmebetreiber die Prozesswärmeversorgung von Betrieben übernehmen bzw. neue Kunden erschließen.
Zahlreiche Einflussgrößen (wie z. B. verschiedene Kältemittel, Schaltungsarten, Wärmequellen- und Wärmesenken-Temperaturen) beeinflussen die Heizleistung bzw. die Effizienz von Hochtemperatur-Wärmepumpen. Deswegen ist es wichtig, eine optimale Wärmepumpenlösung für die jeweiligen Randbedingungen zu finden.
Um dieses Problem zu lösen, wurden verschiedene Kältemittel untersucht, darunter natürliche Kältemittel (R600, R601a, R744) und HFO-Kältemittel (R1224yd(Z), R1233zd(E), R1234ze(E), R1336mzz(Z)). Weiterhin sind Verbesserungen der einfachen Prozessführung durch modifizierte Schaltungen (z. B. interner Wärmeübertrager, mehrstufige Verdichtung und Zwischenkühlung mittels Expansion) zu erreichen. Die quellenseitige Eintrittstemperatur der Wärmepumpe beträgt 90 °C (typische Vorlauftemperatur für moderne Fernwärmenetze). Die Zieltemperatur der Wärmeversorgung liegt bei 140 °C (z. B. Dampfbereitstellung). Die Temperaturspreizungen wurden ebenfalls systematisch variiert. Die Modellierung und Simulation aller Systeme erfolgte mit EBSILON®Professional [4]. In den Untersuchungen wurde die Leistungszahl als wesentliche Kenngröße bestimmt. Dies ermöglicht wiederum eine optimale Vorauswahl der Wärmepumpen. Diese systematischen Untersuchungen zeigen die funktionalen Verläufe der Leistungszahlen, was ein besseres Verständnis der Problematik fördert. Die Ergebnisse liefern der Fernwärmebranche und der Industrie wertvolle Informationen, um den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen in Fernwärmegebieten zu fördern.
Schlagwörter: Wärmepumpe, Hochtemperatur, Industrie, Fernwärme, Simulation, Leistungszahl, Parametervariation