In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi geförderten Projekt „LC150 Entwicklung eines kältemittelreduzierten Wärmepumpenmoduls mit Propan“ entwickelt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Kältekreise für Wärmepumpen. Diese sollen möglichst effizient sein und man soll sie mit geringen Mengen des klimafreundlichen Kältemittels Propan betreiben. In einer großangelegten automatisierten Kreuzevaluation testet ein Team des Instituts verschiedene Einzelkomponenten von Propan-Wärmepumpen. Dies geschieht in dutzenden Kombinationsvarianten und unter verschiedenen Betriebsparametern. Ziele sind die weitere Reduktion der benötigten Kältemittelmenge. Darüber hinaus das Erkennen methodischer Zusammenhänge und das Gewinnen von Daten für die simulative Auslegung von Wärmepumpen. Die Messkampagne erhebt ein Jahr lang rund um die Uhr eine Fülle an Parametervariationen und generiert damit eine einzigartige Datenbasis.

Für die Messkampagne werden zwischen 40 und 80 Prototypen für Sole-Wärmepumpen gebaut. Wobei die einzelnen Komponenten (Verdampfer, Verdichter, Kondensator, interner Wärmeübertrager und Expansionsventil) in verschiedenen Konstellationen zusammengesetzt werden.

Tests an Propan-Wärmepumpen laufen 24 Stunden am Tag

An drei identischen Testständen laufen die Tests parallel ein Jahr lang 24 Stunden am Tag. Dabei fahren die Tests pro Prototyp zwischen 30 und 150 Betriebspunkte an und man zeichnet die Messwerte von 26 Sensoren auf. Für die automatisierte Durchführung der Tests entwickelt das Team des Fraunhofer ISE ein System zur automatischen Kältemittelbefüllung und -entleerung der Wärmepumpen. Somit entfällt das aufwändige händische Handling des Propans durch geschultes Fachpersonal.

„Die Messkampagne lebt von der breiten Beteiligung von Komponentenlieferanten, die sich durch das Bereitstellen marktverfügbarer und gezielt angepasster Komponenten wie Wärmeübertrager und Verdichter an dem Projekt beteiligen“, sagt Lena Schnabel, Abteilungsleiterin Wärme- und Kältetechnik am Fraunhofer ISE. „Mit der automatisierten Prüftechnik, die in enger Zusammenarbeit mit der Firma EP Ehrler Prüftechnik-Engineering GmbH entwickelt wurde, wird jetzt das Werkzeug in Betrieb genommen, mit dem wir möglichst viele Messungen durchführen und die Teststände 24/7 betreiben können. Damit können wir für uns und die Projektpartner in vergleichsweise kurzer Zeit einen umfangreichen multidimensionalen Datenschatz heben. Und so die Basis für die schnelle Marktumsetzung deutlich kältemittelreduzierter Kältekreise legen.“

Die Sensoren erfassen Temperatur, Druck, Leistungsaufnahme und Volumenströme in den Prototypen. Diese Daten lädt man automatisch in eine Software zur Auswertung. Um ihre Auswirkungen auf die Komponenten zu ermitteln, werden Wärmesenken und -quellen ebenso variiert wie Temperaturen und Betriebszustände. Dies erlaubt die Abschätzung der saisonalen Effizienz einer mit dem jeweiligen Kältekreis aufgebauten Wärmepumpe. Auch die Ölmenge und der Öltyp im Verdichter variiert man.

Auf Basis der Messergebnisse wollen die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer ISE Best-of-Kombinationen der besten Komponenten über einen längeren Zeitraum testen, mit dem Ziel der weiteren Füllmengenreduzierung des Kältemittels Propan.

Datenbasis für spätere Simulation

Mit dem Start der Messkampagne beginnt mit der Erzeugung und Auswertung der breiten Datenbasis die Kernarbeit des. Aus der gewonnenen Datenbasis wollen die Forscherinnen und Forscher methodische Zusammenhänge ableiten. Damit sollen kältemittelreduzierte Propan-Wärmepumpen in Zukunft mit weniger Aufwand ausgelegt werden können. Die technische Universität von Valencia (UPV) entwickelt dafür mit ihrer Software IMST-Art ein Werkzeug für simulative Voraussagen. Während der Messkampagne werden die Simulationsergebnisse mit den tatsächlichen Messwerten abgeglichen und die Software so laufend verbessert.

Auch die Partner des LC150-Projektkonsortiums können auf die browserbasierte Datenbank mit den vom Fraunhofer ISE aufbereiteten Ergebnissen der Messkampagne zugreifen, um diese nach ihren eigenen Vorgaben auszuwerten.

27.10.2021 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH