Leistung einer n-Butan Hochtemperatur-Wärmepumpe

摘要

Um Klima- und Energieziele zu erreichen wird unter anderem der Einsatz von Wärmepumpen empfohlen, da sie die Dekarbonisierung unterstützen und eine erhöhte Abwärmenutzung ermöglichen, vgl. Geyer et al. [1]. Aus den Arbeiten von Schmid et al. [3] entstand eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit n-Butan (R600) als Kältemittel und einem Ejektor im Kältemittelkreislauf. Die Demonstration dieser speziellen Wärmepumpe in einer industriellen Extrusionsanlage durch Zauner et al. [4] und auch die Datenanalyse mit dem Fokus auf den Ejektor durch Schlemminger et al. [5] zeigten, dass weitere Tests für eine Charakterisierung notwendig sind. Im Rahmen des Forschungsprojekts EDCSproof - vgl. [6] - der Vorzeigeregion NEFI werden neue Messdaten einer Testkampagne des AIT präsentiert. Die Wärmepumpe wurde bei unterschiedlichen Quellen-/Senken-Temperaturen und -durchflüssen betrieben, die Regelgrößen der Wärmepumpe wurden auf unterschiedliche Werte eingestellt. Die höchste dargestellte Heizleistung der Wärmepumpe beträgt 31 kW bei einer Senkenaustrittstemperatur 107 °C. Die höchste dargestellte Senkenaustrittsttemperatur wird bei einer Quellenabkühlung auf 47 °C und einer Heizleistung von 29 kW erreicht. Der Carnot-Gütegrad der Wärmepumpe liegt bei der beobachteten Teillast von 25 bis 31 kW im Bereich von 0,39 bis 0,42 und steigt mit steigender Heizleistung leicht an. Die Charakterisierung des Ejektors umfasst ein Mitreißverhältnis von bis zu 0,86 und ein Druckverhältnis von bis zu 1,41. Der Ejektorwirkungsgrad reicht von 0,33 bis 0,56. Die Charakterisierung des Verdichters umfasst einen Isentropen-Wirkungsgrad von 0,76 bis 0,91, einen Gütegrad (untere Schranke) von 0,42 bis 0,60 und einen Liefergrad (untere Schranke) von 0,48 bis 0,68. Da der Betrieb trotz gleichmäßiger Quellen- und Senkenzustände relativ dynamisch war, sollten vor weiteren Messungen die einzelnen Regler der Wärmepumpe und auch deren Zusammenspiel noch optimiert werden. Diese Ergebnisse ermöglichen die Charakterisierung der Wärmepumpe, insbesondere des Ejektors und des Verdichters, über einen breiten Betriebsbereich anhand diverser Kenngrößen. Die dargestellten Ergebnisse liefern wertvolle Zusammenhänge für die geplante weitere Modellierung der Wärmepumpe und Modellvalidierung. Darüberhinaus sind die Messergebnisse ein wichtiger Baustein für die Weiterentwicklung und Verbesserung der Wärmepumpe.