Feasibility Study innovative Absorptions-Wärmepump-Prozesse

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

In den letzten Jahren sind der Klimawandel und die steigenden Energiepreise zu einem immer stärker dominierenden Thema in den Medien geworden. Die Nutzung von thermisch angetriebenen Wärmepumpen kann dabei einen wesentlichen Beitrag zur Energieeinsparung und zur Reduktion der CO2-Emmisionen liefern. Sei es durch die Reduktion des Primärenergiebedarfes, durch die verstärkte Nutzung von erneuerbaren Energieträgern oder durch die Nutzung von anderweitig nicht nutzbarer Abwärme.

Das übergeordnete Ziel des Projektes „InnovAP“ war es, alternative Absorptionswärmepumpenprozesse für unterschiedlichste Anwendung wie z.B. „Solare Kühlung“ oder „Wärmetransformation“ zu untersuchen und ggf. neuen Wege zur Umsetzung dieser Prozesse zu finden. Durch neue Konzepte bzw. Arbeitsstoffe soll das Einsatzgebiet von Absorptionswärmepumpen (AWP) erhöht und das Potential dieser umweltfreundlichen Technologie ausgeschöpft werden.

Im Projekt „InnovAP“ wurden folgende innovative Wärmepumpenkonzepte identifiziert, detailliert untersucht und miteinander sowie mit dem Stand der Technik verglichen:

• Kondensierende „Hilfsstoffe“ im Kältemittelkreis
• Prozesse mit teilweisen Mischungslücken im Lösungskreis und
• NH3/H2O AWP-Prozess mit Zusätzen

Mittels ASPEN Plus Computermodellen wurden die thermodynamischen Zusammenhänge innerhalb der unterschiedlichen Absorptionswärmepumpenprozesse detailliert untersucht. Dabei wurden zwei Prozesse als besonders vielversprechend identifiziert, der Kreislauf von Rojey und der konventionelle NH3/H2O AWP-Prozess mit dem Zusatz Natriumhydroxid (NaOH).

Der Kreislauf von Rojey, der mit einem kondensierenden Hilfsstoff im Kältemittelkreis arbeitet, zeigt in den Simulationen vielversprechende Ergebnisse. Mit zweistufiger Absorption und dem Stoffgemisch NH3-H2O-C4H10 wird im Vergleich zu konventionellen NH3/H2O AWP eine um ca. 20 % höhere Effizienz berechnet. Nachteilig wirkt sich allerdings das deutlich höhere notwendige Temperaturniveau der Antriebswärme aus. Mögliche Anwendungsgebiete für den Rojey Prozess sind dort gegeben, wo kleine Temperaturhübe benötigt werden und/oder das Temperaturniveau der Antriebswärme ausreichend hoch ist.

Die Simulationsergebnisse des NH3/H2O AWP-Prozesses mit NaOH als Zusatz zeigen, dass sich das Wärmeverhältnis eines NH3/H2O AWP-Prozesses durch Zugabe von NaOH um ca. 3-20% erhöht und gleichzeitig die notwendige Austreibertemperatur sinkt. Dadurch ist dieser Prozess insbesondere für Anwendungen interessant, bei denen das Temperaturniveau der Antriebswärme beschränkt ist, wie z.B. bei der „Solaren Kühlung“.

Um Unsicherheiten in Zusammenhang mit der thermodynamischen Simulation ausschließen zu können wurde der Prozess auch experimentell untersucht. Es wurde ein Teststand aufgebaut und zunächst ohne und dann mit 5% NaOH im Arbeitsgemisch (NH3/H2O) untersucht. Die erwartete Verbesserung bezüglich der Prozess-Effizienz konnte bei diesen Versuchen allerdings nicht nachgewiesen werden, was wahrscheinlich an einer Verschlechterung der Absorbereffizienz im Betrieb mit NaOH lag. Um den Einfluss von NaOH genauer beurteilen zu können, sind weitere Versuche erforderlich.

Abschließend kann gesagt werden, dass im Projekt „InnovAP“ vielversprechende heute nicht übliche AWP-Prozesse gefunden wurden. Um das Potential dieser Prozesse genauer beurteilen und ggf. nutzen zu können sind aber noch weitereführende Forschungsarbeiten notwendig.

Projektleitung

Ao. Univ.-Prof. DI Dr.techn. René Rieberer
Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik

Wissenschaftliche Projektmitarbeiter

• Mag. Oleksandr Kotenko
• DI Dr.techn. Harald Moser
• DI Dr.techn. Andreas Heinz
• DI Joachim Kalkgruber (Diplomand)
• DI Stefan Ganster (Diplomand)

Technische Universität Graz
Institut für Wärmetechnik
Ao. Univ.-Prof. DI Dr.techn. René Rieberer
Inffeldgasse 25/B, A-8010 Graz
Tel.: +43 316 873 7302
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