IEA Heat Pumping Technologies MAGAZINE Vol. 36, No. 3/2018

Der durch den Eingriff des Menschen bedingte Klimawandel ist weltweit sichtbar - der Einsatz von Wärmepumpen ein Weg, die Probleme in den Griff zu bekommen. Die derzeit verwendeten Kältemittel haben ein großes Global Warming Potential (GWP) - es gibt sowohl neu entwickelte als auch lang bekannte Kältemittel mit deutlich niedrigerem GWP. Sie sind aber teilweise brennbar. Die aktuelle Ausgabe des Heat Pump Magazines hat seinen Fokus auf den Kältemitteln mit niedrigem GWP und den damit verknüpften System-Lösungen und Komponenten.

Das Zitat dieser Ausgabe ist den Ausführungen des von Österreich koordinierten IEA HPT Annex 51 entnommen: "Akustische Signaturen von Wärmepumpen werden derzeit in den teilnehmenden Laboratorien gemessen. Psychoakustische Hörtests sind geplant."

Vorwort

In seinem Vorwort setzt Yunho Hwang, Research Professor und Associate Director im Center for Environmental Energy Engineering, USA den Fokus auf die Verbesserung der Energieeffizienz und die Reduktion des Global Warming Potentials (GWP) der Kältemittel, die derzeit in Air-Conditioning und Kühlsystemen eingesetzt werden.

Die Performance über den ganzen Lebenszyklus (LCCP) sollte as Metrik für die Umweltbelastung eingesetzt werden. Natürliche und neue synthetische Kältemittel haben unterschiedliche thermodynamische Eigenschaften und Wärmetransfercharakteristiken, sodass ein ganzheitlicher Systemansatz für eine Umstellung notwendig ist.

Kolumne

Jannie Guldmann Würtz vom Danish Technological Institute arbeitet als Konsultant im Bereich Kältetechnik und Wärmepumpentechnologie. In der Kolumne werden die Wärmepumpen als eine der wenigen Technologien mit dem Potential 100% emissionsfreie Wärme zu liefen und die zum Betrieb notwendigen Kältemittel diskutiert.

Durch die europäische F-Gas Verordnung wird die Industrie zur Verwendung von niedrig-GWP Kältemittel unter Nutzung eines Quota-Systems angehalten. Weiters wird die Wiederverwertung von Kältemitteln deutlich unterstützt. Die Folge der Einschränkung sind Preisanstiege und Kältemittelverknappung. Die vermehrte Nutzung von niedrig-GWP und natürlichen Kältemittel ist daher vorauszusehen.

13. IEA Wärmepumpenkonferenz

Die 13. IEA Wärmepumpenkonferenz (HPC2020) wird vom 11. bis 14. Mai 2020 in Jeju, Korea, abgehalten. Mit dem Thema "Wärmepumpen - Mission für die grüne Welt" wurde als Ziel der Konferenz die Adressierung des globalen Klimawandels und der notwendigen Aktionen zu Erreichung der Klimaziele festgelegt. Die Konferenz wird im Ramada Plaza Hotel Jeju in Südkorea stattfinden. Konferenzthemen sind

• neue Fortschritte in der Wärmepumpentechnologie,
• umweltfreundliche Technologien,
• Systeme und Komponenten,
• Felddemonstrationen und multidisziplinäre Anwendungen, 
• Forschung und Entwicklung,
• Strategie, Standards und Markt sowie
• Internationale Aktivitäten.

Die Abstrakt-Einreichung ist von 1. Jänner bis 15. Mai 2019 möglich. Alle weiteren Informationen unter http://www.hpc2020.org/

Zwei neue Annexe wurden gestartet

Annex 53 "Advanced Cooling/Refrigeration Technologies Development" behandelt fortschrittliche Dampfkompressionsprozesse mit ultra-niedrigen GWP Kältemitteln sowie nicht-traditionellen, alternativen Kreisprozessen (zero-GWP) im Bereich der Kühlung und Klimatisierung.

Annex 54 "Heat Pump Systems with low GWP Refrigerants" zielt darauf ab, den Einsatz von Low-GWP Kältemitteln durch die Entwicklung von Richtlinien für optimierte Wärmepumpen-Komponenten als auch -Systeme zu beschleunigen. Dabei werden Eigenschaften, Standards, Sicherheitskritierien und Brennbarkeit von bereits verfügbaren Kältemitteln diskutiert.

Illegale Verkäufe von Kältemittel

Illegale Verkäufe von Kältemittel fordern die F-Gas Verordnung heraus. Dies geschieht online und sogar in illegalen Containern. Es scheint einfach zu sein, HFCs außerhalb des eingeführten Quotasystems zu beziehen. In Italien ist dazu nun ein Gerichtsverfahren anhängig. Der Online-Handel wird auch mit Kältemitteln mit hohem ODP durchgeführt, wobei CFCs bereits 1996 verboten wurden.

Laufende Annex Projekte

• Annex 43: Fuel-driven sorption heat pumps
  Teilnehmer: AT, DE, FR, IT, KR, SE, UK, US
• Annex 45: Hybrid heat pumps
  Teilnehmer: CA, DE, FR, NL, UK
• Annex 46: Domestic hot water heat pumps
  Teilnehmer: CA, CH, FR, JP, NL, KR, UK, US
• Annex 47: Heat pumps in district heating and cooling systems
  Teilnehmer: AT, CH, DK, SE
• Annex 48: Industrial heat pumps, second phase
  Teilnehmer: AT, CH, DK, FR, JP, UK, [DE]
• Annex 49: Design and integration of heat pumps for nZEB
  Teilnehmer: AT, BE, CH, DE, NO, SE, UK, US
• Annex 50: Heat pumps in multi-family buildings for space heating and DHW
  Teilnehmer: AT, DE, FR, NL, IT
• Annex 51: Acoustic signature of heat pumps
  Teilnehmer: AT, DE, DK, FR, IT, SE
• Annex 52: Long term measurements of GSHP Systems performance in commercial, institutional and multi-family buildings
  Teilnehmger: BE, NL,SE,US, UK, FI

Annex Projekte stellen sich vor

In Annex 49 - Design and Integration of Heat Pumps for nZEB liegt der Fokus auf dem nZEB Standard (fast Nullenergiegebäude) in der EU. Alle neuen öffentlichen Gebäude werden mit diesem Standard gebaut werden müssen, ab 2020 wird diese Anforderung für alle neuen Gebäude gelten.

Die Wärmepumpentechnologie nimmt dabei eine zentrale Rolle ein. Zwischenresultate von Task 2, 3 und 4 wurden im Annex Meeting in Trondheim präsentiert und diskutiert. Die Integration von solarthermischen Absorbern wurde simuliert, die Integration von thermischen und elektrischen Speichern wurde in einer Nachbarschaft mit acht Häusern betrachtet und wird in Folge in einem Monitoring beobachtet werden.

Zwischenergebnisse des Task 3 beinhaltet die Ergebnisse der Monitoringprojekte, die nun auch in Norwegen in Kindergärten, Spitälern und Supermärkten durchgeführt werden sollen. Auch in Österreich und Deutschland wird das Monitoring von Simulationsrechnungen begleitet.

In Task 4 wurden Korrelationen zwischen Systemdesign der PV und der Batterie und den Eigenverbrauchsindikatoren für elektrische Speicherintegrationen evaluiert.

Im Annex 51 - Acoustic Signatures of Heat Pumps wurden drei Wärmepumpen unterschiedlicher Bauart und Funktionsweise für die Round-Robin-Tests ausgewählt. Eine HPWH Anlage wurde in CETIAT, Frankreich in einem Doppel-Hallraum vermessen, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe sowohl im Acoustic Center Austia als auch am Austrian Institute of Technology. Mit mehr als 60 Mikrophonen wurden die orts-, zeit- und frequenzabhängigen akustischen Emissionen aufgezeichnet.

Die Tests wurden bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen durchgeführt. Das 3. Arbeitstreffen fand im Juni 2018 in Borås, Schweden statt. Wichtiger Teil war die Diskussion der im Task 1 zur Verfügung stehenden Dokumente, die von der Politecnico die Milano, Italien koordiniert wurden. Weiters wurden die psychoakustischen Tests diskutiert, die im Jahr 2019 durchgeführt werden sollen.

Marktreport für Italien

Maurizio Pieve und Raniero Trinchieri vom ENEA in Italien präsentieren einen Überblick über den italienischen Wärmepumpenmarkt der letzten 10 Jahre. Dies beinhaltet eine kurze Erklärung der verwendeten statischen Methoden um die Luft-Wasser-Wärmepumpen richtig nach ihrer Installationsart zu identifizieren. Weiters ist eine Analyse des italienischen Marktes in einem europäischen Kontext inkludiert.

Nach einer Aufgliederung nach Wärmepumpentyp folgt eine Zusammenfassung des Potentials, der Anreize und der Barrieren im italienischen Wärmepumpenmarkts. Der italienische Markt ist eine der wichtigsten in Europa, der in den letzten 10 Jahren von nahezu 0 auf 180.000 verkauften Wärmepumpen im letzten Jahr gewachsen ist. Es sind immer noch deutlich weniger Wärmepumpen installiert als in den am besten positionierten Ländern. Luft-Luft-Systeme dominieren.

Schwerpunktartikel

Schwerpunktartikel: Sieben brennende Fragen über leicht-brennbare Kältemittel

Peter B. Sunderland von der Universität of Maryland, USA schreibt über die Einführung neuer, Halogen-Kältemittel, die mit ihrem niedrigeren GWP rasch in der Atmosphäre zerfallen. Dies führt allerdings auch auf der anderen Seite zu neuen Gefahren, wenn diese leicht-brennbaren Kältemittel durch Lecks in Innenräume gelangen und in den Bereich von Zündquellen geraten.

Sieben Fragen über diese Kältemittel werden im Schwerpunktartikel behandelt und ein Einblick in Brennbarkeitstestmethoden, Leckdetektoren und Gefahren von Hydrogenfluoriden gegeben. Aufgrund der aktuelle Klimasitutation sind leicht-brennbare Kältemittel bereits in Anwendung.

Einige neue Gefahren sind damit verbunden und weitere Forschung ist nötig, um diesen zu begegnen. Dies inkludiert neue Teststandards und Detektoren. Die größte Gefahr liegt möglicherweise in der Bildung von giftigen Hydrogenfluiden, wenn die Kältemittel verbrannt werden.

Schwerpunktartikel: Niedrig-GWP Kältemittel für Kältetechnik, Klima- und Lüftungstechnik in Japan

Kenji Matsuda, Senior Manager in der Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association (JRAIA) beschreibt in seinem Schwerpunktartikel den bedingt durch die Klimaänderungen starken Wandel in den Kältemitteltypen und ihrem Verwendungszweck über die letzten Jahre. In Japan haben diese Änderungen bereits früh begonnen. Die entsprechende Gesetzgebung ist seit 1988 in Kraft und betrifft Regulierung der Kältemittel.

Derzeit wird der Übergang zu niedrig-GWP Kältemitteln umgesetzt. Neue Herausforderungen sind durch Brennbarkeit und Entzündlichkeit gegeben. Für ausgewählte Anwendungen können die Sicherheitsrisiken gut behandelt werden, andere benötigen noch mehr Erfahrung und Analysen. Der Artikel beinhaltet eine Liste konventioneller und alternativer Kältemittel mit ihren chemischen Zusammensetzungen.

Schwerpunktartikel: Performance von Zentrifugal-Kältemaschinen und Entwicklung von Wärmepumpen basierend auf niedrig-GWP Kältemitteln

Ryosuke Suemitsu von der Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems in Japan beschreibt die Entwicklung und Kommerzialisierung von Zentrifugal-Kältemaschinen, die das niedrig-GWP Kältemittel R-1234ze(E) für einen Kapazitätsbereich von 1055-17581 kW und das Kältemittel R-1233zd(E) für den Bereich von 527 bis 2461 kW nutzen.

Weiters wird die Entwicklung eines Zentrifugal-Wärmepumpensystems zur Produktion von 200°C heißem Wasser unter Druck mit einem COP von 3.5 beschrieben. Der Artikel enthält eine Gegenüberstellung von HFCs und Olefinen mit ihren wichtigsten Eigenschaften sowie Resultate von thermischen Stabilitätstests für 160° Anwendungen. Weiters wird ein zwei-stufiger Kompressorkreis gezeigt und diskutiert.

Artikel: Neue Wege zur Kombination von Wärmepumpen und Fernwärme

Markus Lindahl, Forscher im RISE Research Institutes of Sweden beschreibt neue Kombinationen von Wärmepumpen und Fernwärmesystemen.

Die Projektgruppe hat dabei drei verschiedene Wege analysiert:

1. die Kombination von Wärmepumpen und Fernwärmesystem in der Fertigungsindustrie,
2. Einsatz hybrider Wärmepumpen mit der Möglichkeit zum Wechsel zwischen Wärmepumpen- und Fernwärmebetrieb in Abhängigkeit vom Energiepreis,
3. Kombination von niedrig-Temperatur Fernwärme und Wärmepumpen für die Produktion von Warmwasser im Haushalt.

Der Artikel beinhaltet beispielhaft die Entwicklung der von Wärmepumpen gelieferten Energie in das schwedische Fernwärmenetz in den Jahren 1980-2016, das Kühlsystem bei der Firma Volvo Cars und die variablen Kosten für die Wohnraumheizung für ein Modellhaus Abluft-Luftwärmepumpe und Fernwärme

Interessante Konferenzen 2019 und 2020

• 12. - 16. Jänner 2019, ASHRAE Winter Conference Atlanta, Georgia
• 26. - 29. Mai 2019, 13th REHVA World Congress CLIMA 2019, Bucharest, Romania
• 24. - 30. August 2019, 25th IIR International Congress of Refrigeration Montreal, Canada
• 1. - 5. Februar 2020, ASHRAE Winter Conference Orlando, Florida, USA
• 11. - 14. Mai 2020, 13th IEA Heat Pump Conference 2020, Jeju, South Korea
• 27. Juni - 1. Juli 2020, ASHRAE Annual Conference, Austin, Texas, USA
• 13. - 16. July 2020, Purdue International Compressor Engineering, Refrigeration & AC, High Performance Buildings Conferences
• 6. - 9. Dezember 2020, 14th IIR-Gustav Lorentzen Conference on Natural Refrigerants (GL 2020), Kyoto, Japan

IEA Heat Pumping Technologies MAGAZINE Vol. 36, No. 3/2018