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Stratisorp: Neuartiges Zyklenkonzept für Gaswärmepumpen und Adsorptionskältemaschinen

Stratisorp: Neuartiges Zyklenkonzept für Gaswärmepumpen und Adsorptionskältemaschinen
Ansprechpartner:Dr. Ferdinand Schmidt
Projektgruppe:Energie- und Gebäudetechnologie

Thermisch angetriebene Wärmepumpen

Motivation

Im Gebäudesektor besteht ein großes Potenzial zur Reduktion von Energieverbrauch, Betriebskosten und CO2-Ausstoß der Heizungsanlagen. Eine verbesserte Wärmedämmung, aber auch der Einsatz effizienterer Heizsysteme wie Wärmepumpen sind hier wesentliche Maßnahmen. Elektrische Wärmepumpen haben jedoch den Nachteil, dass die elektrischen Netze zu Spitzenlastzeiten im Winter zusätzlich belastet werden. Thermisch angetriebene Wärmepumpen sind daher eine interessante Alternative.

Stratisorp-Zyklus

Der Stratisorp-Zyklus basiert auf der Integration eines thermischen Schichtspeichers in den konventionellen Adsorptionszyklus. Der Speicher dient zu einer verbesserten internen Wärmerückgewinnung zwischen Adsorptions- und Desorptionsphase. Damit erhöht sich die Effizienz der Gaswärmepumpe deutlich.

Video: Gaswärmepumpe basierend auf dem Stratisorp-Adsorptionszyklus. Links befindet sich der thermische Schichtspeicher, rechts das Adsorptionsmodul mit Kondensator, Verdampfer und Drosselventil.

Im obigen Video wird der Zyklus einer Gaswärmepumpe dargestellt. Die Antriebstemperatur beträgt hier beispielhaft 210 ℃, die Heizungsrücklauftemperatur 25 ℃. Die Umweltwärme liegt am Verdampfer mit 8 ℃ an. Die hierfür simulatorisch ermittelte Heizzahl, d. h. das Verhältnis von Nutzwärme (abgeführte Heizwärme) zu aufgewendeter Wärme (Antriebswärme, z. B. bereitgestellt durch einen Gasbrenner) beträgt 2,1. Zwar sind einige Verluste wie die Vermischungseffekte im Speicher noch unzureichend berücksichtigt, doch das Potential des Zyklenkonzepts kann aufgezeigt werden.

Aktuelle Arbeitspakete

Die Arbeiten am Institut umfassen neben der Simulation einzelner Komponenten — insbesondere des thermischen Schichtspeichers mittels numerischer Strömungssimulationen und experimentellen Strömungsuntersuchungen zur Validierung — und thermodynamischen Systemsimulationen (instationär und stationär) auch die Untersuchung eines Prototypen, der momentan am Institut aufgebaut wird.

Literatur

Ein einführender Artikel aus den Energiewirtschaftlichen Tagesfragen 1—2 2012 kann hier heruntergeladen werden: Artikel im PDF-Format