Rund vier Monate vor Abschluss des EU-Projektes „TRI-HP“ haben einige der Beteiligten an der Hochschule Karlsruhe (HKA) am 29. November 2022 Einblicke in die Ergebnisse ihrer Entwicklungen und Erprobungen gegeben. In dem Projekt geht es um „erschwingliche, flexible Systeme, die den Wärme-, Kälte- und Strombedarf mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energiequellen decken können“.
Prototypen verschiedener Wärmepumpen mit CO2 und Propan als Kältemittel sind Gegenstand der Untersuchungen im Rahmen des EU-Projektes „TRI-HP“ (Trigeneration systems based on heat pumps with natural refrigerants and multiple renewable sources). Konkret berichtet wurde bei der Hybridveranstaltung an der Hochschule Karlsruhe (HKA) unter anderem über mittels Unterkühlungsmethode hergestelltem Eisbrei als Wärmepumpen-Wärmequelle. Im Zentrum der Untersuchungen steht dabei der Verdampfer, mit dem Wasser unter den Gefrierpunkt abgekühlt werden kann, ohne dass es gefriert. „Das spart einen Wärmeübergang und führt zu einer circa 7 K höheren Verdampfungstemperatur als konventionelle Eisspeicher-Wärmepumpen“, berichtete Prof Michael Kauffeld von der HKA. Um Erkenntnisse zur Gefrierunterdrückung zu gewinnen, wurden 18 Materialien für Wärmeübertrager untersucht (keine Beschichtungen). Erstes Ergebnis sei, dass sich alle Werkstoffe auf Basis von Nickel gut zur Unterkühlung von Wasser eignen.
Mit „Feldtests im Labor“ untersucht derweil Robert Haberl von der Ostschweizer Fachhochschule (OST), Rapperswil, Prototypen im realitätsnahen Betrieb. Für „Hardware in the loop“-Tests wurden dafür im Prüfstand einer Propan-Wärmepumpe (10 kW) ein 1.000-l-Warmwasserspeicher und ein 600-l-Heizungspuffer inklusive der Hydraulik sowie weitere echte Komponenten aufgebaut. Emuliert werden dagegen ein skalierbares Mehrfamilienhaus, 33 m² thermische Kollektorfläche und ein Heizstab-versorgter virtueller Speicher, der wiederum einen Eisspeicher mit 2 m³ Volumen simuliert. Erste Erkenntnisse sind, dass es „nur“ 30 % Vereisung gibt und dass die Solarwärme auch im Winter zur Regeneration des Eisspeichers genügt. Als Wirkungsgradangabe betrage der Seasonal Performance Factor (SPF) etwa 4,8. Ein zweiter Systemtest mit einer CO2-Wärmepumpe (12,6 kW Heizleistung) ist noch nicht abgeschlossen, zeigt aber in Vortests, dass eine Unterkühlung über mehrere Stunden auf etwa -2 °C mit Wasser ohne Gefrieren funktioniere. Im Parallelbetrieb wird neben der Raumheizung der Warmwasserspeicher mit bis zu 70 °C beladen.
Als weitere Erkenntnis steuerte die Schweizer Heim AG, Aadorf, bei, dass Sicherheitskonzepte für Propan als Kältemittel „einfach umsetzbar“ seien und bei CO2 das Ejektorprinzip gut funktioniere. Jedoch seien bei Propan-Wärmepumpen die Füllmengen zu reduzieren und bei CO2-Systemen die Regelung zu vereinfachen.
Das Projekt ist mit einem Fördervolumen von rund 5 Mio. € ausgestattet und läuft noch bis März 2023. Anschließend sollen Feldtest folgen.
Unmittelbar vor Beginn der Präsentationen konnte die HKA bekannt geben, die deutschlandweit erste Stiftungsprofessur für Wärmepumpen erhalten zu haben (siehe cci190692).
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