Verfahren zur Bestimmung optimaler Ersatzfluide für bestehende Kompressionskälteanlagen und Wärmepumpen

摘要

Basierend auf dem z.T. hohen Treibhauspotential der heute eingesetzten Kältemittel aus der Gruppe der Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) müssen in naher Zukunft neue effiziente Fluide gefunden werden. Dies trifft auf die Vielzahl bestehender Anlagendesigns von Kompressionskältemaschinen und -Wärmepumpen zu sowie z.T. auch auf die in Betrieb befindliche Anlagen. Für bestehende Anlagen und Anlagenkonzepte ist es auch aus wirtschaftlicher Sicht interessant, wenn Fluide gefunden würden, die keine Neuauslegung erfordern und ggf. gleichzeitig die Effizienz steigern. Mit Hilfe der heutigen Modellierungsmethoden lässt sich dieses Ziel verfolgen, jedoch ist die zentrale Frage hierbei, wie detailliert die entsprechende Anlage im Modell abgebildet werden muss um eine verlässliche und individuelle Fluidbewertung zu erhalten. Hierzu wird die am Lehrstuhl befindliche Wärmepumpen-Versuchsanlage modelliert und die Komplexität des Modells ausgehend von einfachen thermodynamischen Bilanzierungen sukzessive gesteigert. Es zeigt sich, dass einfache thermodynamische Kreisprozessrechnungen zu deutlichen Fehleinschätzungen bzgl. der Effizienz der Fluide führen. Die Implementierung eines Verdichtermodells verbessert das Gesamtmodell deutlich und führt zu verlässlichen Fluidrankings bzgl. der Effizienz. Eine Aussage darüber, ob die Wärmeübertrager ausreichend dimensioniert sind und demnach ob das betreffende Fluid überhaupt für die konkrete Anlage geeignet ist kann schließlich nur zuverlässig mit Hilfe der höchsten Modellstufe, die ausführliche Modelle für den Wärmeübergang beinhaltet erreicht werden.