Gasgefeuerte Absorptions-Luftwärmepumpe mit optimierter Wärmetauschergeometrie

Absorptionswärmepumpen stellen eine effiziente Technologie dar, um Niedertemperaturwärme auf ein höheres Niveau zu heben und dadurch die Bereitstellung von Heizenergie zu ermöglichen. Das Projekt GaLuWap ist Teil des thematischen Verbundes „SubSie “ mit dem übergeordneten Ziel den Einsatzbereich von Sorptionswärmepumpen mit dem klimafreundlichen Kältemittel Wasser bis zu einer Umgebungstemperatur von -10°C zu erweitern. Dadurch soll die jährliche Betriebsdauer der Anlagen signifikant erhöht werden.

Das Ziel des Forschungsvorhabens GaluWap ist hierbei eine zweistufige, gasgefeuerte Absorptionswärmepumpe zur Bereitstellung einer Heizleistung von ca. 150 kW. Das System ist somit bestens geeignet für die Versorgung mittelgroßer Verbraucher wie z. B. Mehrfamilienhäuser, Wohnquartiere und Hotels mit Raumwärme oder Brauchwarmwasser. Die aus der Außenluft gewonnene Umgebungswärme soll durch die zweistufige Ausführung von -10°C auf bis zu 60°C angehoben werden. Der COP der Anlage von 1,3 verspricht bis zu 25 % Primärenergieeinsparung gegenüber einem Gasbrennwertkessel. Bei gleichzeitiger Kälte und Wärmebereitstellung, wie z. B. in der Lebensmittelindustrie oder bei gemischten Wohn- und Gewerbegebäuden, kann die Energieeinsparung sogar noch weiter erhöht werden.

Um die Produktionskosten der Anlage zu senken und gleichzeitig deren Kompaktheit zu erhöhen, sollen im Forschungsvorhaben die Hauptkomponenten der Wärmepumpe nicht in der herkömmlichen Rohrbündelausführung, sondern als Plattenwärmetauscher realisiert werden. Für die bestmögliche Anpassung der Wärmetauschergeometrie an die gegebenen Prozessbedingungen mit Zweiphasenströmung bei niedrigen Dampfdrücken werden numerische Modellrechnungen durchgeführt. Aufbauend auf den Simulationsergebnissen werden die Wärmetauschergeometrien weiterentwickelt und anschließend in einer einstufigen Versuchswärmepumpe erprobt.

Das Forschungsvorhaben beinhaltet folgende Bearbeitungsschritte:

• Analyse der Dampfströmung und der Wechselwirkung von Kältemitteldampf und Sorptionslösung in den Hauptkomponentenwärmetauschern der Sorptionswärmepumpe mittels CFD Simulation
• Verifizierung der Simulationsergebnisse und Erprobung der Plattenwärmetauscher in einer einstufigen Versuchsanlage