Wang, H.; Nefodov, D.; Richter, M.; Urbaneck, T.
Machbarkeitsuntersuchung für ein neuartiges Wärmepumpen-Speicher-Systemen
In: Deutscher Kälte- und Klimatechnischer Verein e. V. DKV (Hrsg.): Deutsche Kälte‐ und Klimatagung 2024 Dresden. Tagungsband (Datenträger). – ISBN 978-3-932715-59-4 https://www.dkv.org/index.php?id=162
Kurzfassung
Für die industrielle Bereitstellung von Prozesswärme wird ein großer Teil nicht-erneuerbarer Primärenergie ver-braucht. Um diesen Energieeinsatz zu minimieren, die Effizienz der Wärmebereitstellung zu erhöhen und die gesamte Prozesskette nachhaltig zu gestalten, beschäftigen sich die Autoren im Rahmen des Projektes KETEC (Forschungsplattform Kälte- und Energietechnik) [1] mit der Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Bereitstellung von Prozesswärme bzw. Prozessdampf nach Urbaneck et al. [2] - [4]. Nefodov et al. [5] analysierten im Vorfeld die Konstruktionen und Betriebsweisen von hybriden Speichern (Kombination von Dampf- und PCM-Speichern). Diese besitzen diverse Vor- und Nachteile (z. B. sinkende Temperaturen bei der Entladung). Parallel untersuchten Wang et al. [6] Hochtemperatur-Wärmepumpen mit z. B. verschiedenen Arbeitsstoffen und Schaltungen. Auch hier konnten die Autoren diverse Nachteile feststellen (z. B. begrenzte Heizleistungszahlen und Nutztemperaturen). Mit dem hier vorgestellten Wärmepumpen-Speicher-System [2] - [4] versuchen die Autoren diese Nachteile zu kompensieren. Sie streben hohe Heizleistungszahlen und eine flexible bzw. bedarfsgerechte Wärmebereitstellung mit möglichst hohen Temperaturen sowie niedrige Wärmegestehungskosten an. Gleichzeitig sollen umweltfreundliche Arbeits- und Speicherstoffe eingesetzt werden. Um die technische Machbarkeit zu sondieren, untersucht die vorliegende Arbeit verschiedene Varianten sowie den Einfluss relevanter Parameter wie z. B. die Verdampfungstemperatur 𝑇0, die Kondensationstemperatur 𝑇c sowie die zweistufige Verdichtung und Entspannung. Die Simulation des Systems erfolgt mit der Software EBSILON®Professional [7]. Die Ergebnisse zeigen, dass der neue Ansatz mit dem industriellen Wärmepumpen-Speicher-Systemen vielversprechend ist. Das Verfahren kann relativ hohe Heizleistungszahlen 𝜀H (12,15 mit Δ𝑇Hub = 20 K, 1,68 mit Δ𝑇Hub = 160 K) erreichen. Der integrierte Speicher lässt eine Entkopplung der Wärmeerzeugung und -anwendung zu. Erfolgt dann die Stromversorgung des Verdichters durch erneuerbare Energiequellen (z. B. PV- oder Windkraftanlagen), ist mit derartigen Systemen und Arbeitsstoffen eine umweltfreundliche Prozesswärmeversorgung möglich.
Schlagwörter: Wärmepumpe, Speicher, Dampf, Versorgung, Simulation, Machbarkeitsuntersuchung