Experimentell basierte Modellierung und simulative Parameterstudie zum Betriebsverhalten einer gasbefeuerten Absorptionswärmepumpe

摘要

Gasbefeuerte Absorptionswärmepumpen (GAWPs) für Heizanwendungen weisen gegenüber Brennwertkesseln eine deutlich höhere Effizienz auf und stellen somit eine interessante Alternative zu herkömmlichen gasbetriebenen Heizgeräten dar. Aktuell sind GAWPs mit Heizleistungen ab ca. 40 kW auf dem Markt, allerdings entwickeln derzeit verschiedene Hersteller Geräte für den häuslichen und kleingewerblichen Bereich mit kleineren Leistungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Funktionsmuster mit einer maximalen Heizleistung von 18 kW und dem Arbeitsstoffpaar Ammoniak/Wasser untersucht. Ein Simulationsmodell, welches auf Massen- und Energiebilanzen der Komponenten sowie auf Sättigungsannahmen an verschiedenen Stellen im Kreislauf basiert, wurde mit der Software Engineering Equation Solver (EES) erstellt. Weitere Annahmen bezüglich der Wärme- und Stoffübertragung insbesondere im Desorber der GAWP wurden aus Messergebnissen mit dem Funktionsmuster abgeleitet und im Modell hinterlegt. Zunächst wurde mithilfe des Modells der Einfluss einiger regelungstechnisch beeinflussbarer Größen (Verdampfungsdruck, Generatortemperatur) auf die Effizienz des Gesamtsystems untersucht. Anschließend wurden verschiedene, die Wärme- und Stoffübertragung betreffende, Annahmen simulativ variiert und die Auswirkungen auf die Gesamteffizienz beobachtet. Ziel war es, mögliche konstruktive Optimierungen mit einem hohen Potential bezüglich einer Erhöhung der Effizienz und/oder einer Reduktion der Baugröße zu identifizieren.