GreenHP: Design und Effizienz der nächsten Luft-Wärmepumpengeneration für die Sanierung im urbanen Raum

摘要

Das Projekt Green Heat Pump zielt auf die Entwicklung von Wärmepumpen der nächsten Generation für den Einsatz im renovierten großvolumigen Bestandsbau in urbanen Gebieten. Innovative Ansätze werden auf Komponenten-, Geräte- und Systemebene getroffen. Im Zuge der Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten wird ein 30 kW L/W-WP Laborprototyp gebaut. Die Forschungsergebnisse werden auch für Systeme im größeren Maßstab mit Heizleistungen von 100 kW und mehr für Mehrfamilienhäuser oder Bürogebäude anwendbar sein, die in der Infrastruktur von Smart Cities der Zukunft eine wichtige Rolle spielen werden. Das vorgeschlagene GreenHP-System wird mit einem natürlichen Kältemittel betrieben, mit großen (erneuerbaren) Energiesystemen wie vor allem Smart Grids interagieren und erneuerbare Energietechnologien, wie Photovoltaik und Solarthermie, beinhalten. Das Design der GreenHP zielt darauf ab ein Heizungssystem mit hoher Effizienz und minimalen Auswirkungen auf die Umwelt zu realisieren. Im Zuge eines Life Cyle Assessments wurden Kältemittel unter diesen Aspekten untersucht und das natürliche Kältemittel R290 ausgewählt. Einen weiteren Schritt in Richtung Reduktion der Umweltauswirkungen bietet der Einsatz von Aluminium Multi-Port Extrusion-Tubes (MPE-Tubes) im Verflüssiger und Verdampfer, wodurch die Kältemittelfüllmenge minimiert werden kann. Die Verwendung von Aluminium für den Kondensator ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Designs eine verbesserte Wärmeübertragung. Auf der Luftseite des Verdampfers werden hocheffiziente Lamellen entwickelt, die weniger empfindlich hinsichtlich Vereisung sind. Ein optimiertes Design des Ventilators sorgt für einen effizienteren Betrieb unter Vereisungsbedingungen. Auf der Kältemittelseite sorgt ein neu entwickelter bionischer Kältemittelverteiler für eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels in den MPE-Tubes des Verdampfers. Zusätzlich wird ein neuer Verdichter inklusive Regelkonzept entwickelt. Das Regelkonzept ist in einer ganzheitlichen Regelstrategie für ein effizientes Energiemanagement integriert. Die neu entwickelten Komponenten werden zu einer Prototypenwärmepumpe zusammengebaut und nach internationalen Standards in den akkreditierten Prüfeinrichtungen getestet. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf die Analyse des Gesamtkonzepts GreenHP-Prototypen.