2024-01-01  –  2026-12-31

739.113,97 EUR

E.ON Energy Research Center, Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik, Aachen, Nordrhein-Westfalen

03EN4076A

Energiesparende Industrieverfahren - Wärmepumpen, Kältemittel [EA3202]

01254907/1  –  ENLARGE

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESN4)

Energie

Zur Wärmeversorgung von Gebäuden werden in Deutschland bei kalten Außentemperaturen hohe Vorlauftemperaturen benötigt. Während aktuell die Versorgung häufig mit Gas- oder Ölkesseln realisiert wird, müssen Wärmepumpen diesen Anwendungsfall zukünftig abdecken. Eine umfangreiche Sanierung von Gebäuden zur Absenkung der Anforderungen wird vor einem Technikaustausch aufgrund hoher Kosten nicht flächendeckend möglich sein, sodass Wärmepumpen hohe Heizleistungen bei teilweise sehr hohen Vorlauftemperaturen (>60 °C) bereitstellen müssen. Daher werden in diesem Forschungsvorhaben Konzepte zur Erweiterung der Betriebsgrenzen ('ENLARGE') sowie der Erhöhung der Heizleistung insbesondere bei niedrigen Quellentemperaturen (< 0 °C) theoretisch ermittelt und experimentell erprobt. Basierend auf einer Literatur- und Marktrecherche werden Konzepte erarbeitet und eine Bewertungsmatrix erstellt. Mit Hilfe von zu entwickelnden Berechnungsmodellen werden Optima für die Kombinationen aus natürlichem Kältemittel(-gemisch), Verdichter, Kältemittelkreislaufschema und Anwendungsfall bestimmt sowie mögliche Zielkonflikte herausgearbeitet. Nach der Bewertung der entwickelten Konzepte werden das Kältemittelkreislaufschema mit Dampfeinspritzung und ein weiteres, ausgewähltes Konzept in Form von Demonstratoren aufgebaut. Gleichzeitig werden Simulationsmodelle entwickelt, die zur Sensitivitätsanalyse von Prozessparametern und zur modellbasierten Reglerentwicklung dienen. Die Regler werden an den Demonstratoren erprobt und bewertet, sodass Messdaten zur Kalibrierung und Validierung der Modelle generiert werden können. Die modellbasierte Entwicklung zielt darauf ab, die Wärmeleistung um 30 % zu erhöhen, Vorlauftemperaturen von bis zu 80 °C zu erreichen und Entwicklungszyklen von Wärmepumpen zu verkürzen. Das Projekt trägt damit wesentlich zur Bereitstellung klimaneutraler Wärme bei und stärkt die deutsche Industrie im Bereich der Heizungs- und Klimatechnik.