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Multi-Temperatur Wärmepumpen
Motivation
- Heizen und Kühlen ist in der Industrie auf unterschiedlichen Temperaturniveaus erforderlich.
- Verschiedene Temperaturstufen sollen gleichzeitig erreicht werden.
- Potentielle Wärmequellen und -senken sind zahlreich vorhanden, wie z.B. aus Abwasser, Kühlkreisläufen, Warmwasser oder Prozessdampf.
Ziele
- Ziel ist es effiziente und flexible Heiz- und Kühllösungen auf Systemebene zu entwickeln.
- Literatur Review über Wärmepumpen und Kälteanlagen mit Fokus auf Multi-Temperatur Anwendungen
- Präsentation verschiedener Design-Strategien, einschließlich Zyklen mit mehrstufigen Verdichtern, Ejektoren, Expansionsventilen, Kaskaden und getrennten Gaskühlern
- Anwendungsbeispiele in der Kälte-, Klima- und Heizungstechnik
- Berechnung der Effizienz von verschiedenen Kreisprozessen auf Basis von thermodynamischen Modellen
Erkenntnisse
- In Supermarkt Anwendungen sind mehrstufige Verdichterzyklen mit transkritischem CO2 eine etablierte Schlüsseltechnologie.
- Kaskaden Schaltungen mit Sekundärkreisläufen sind eine weitere häufig angewandte Art von Systemen.
- Zyklen mit Expansionsventilen werden in Kühlschränken und Klimaanlagen eingesetzt.
- Zyklen mit Ejektoren sind eine vielversprechende Modifikationsmöglichkeit, um die Systemleistung weiter zu verbessern.
- Getrennte Gaskühler für die Raumheizung und Warmwassererzeugung lassen sich mit überkritischen CO2-Zyklen kombinieren.
- Thermodynamische Simulationen zeigen, dass mehrstufigen Verdichterzyklen die höchste Effizienz erreichen, gefolgt von Kaskaden, Ejektor- und Expansionsventil-Zyklen.
Publikation
- Arpagaus C.; Bless, F.; Schiffmann J.; Bertsch S.S.: Multi-temperature heat pumps: A literature review, International Journal of Refrigeration, 2016, 69, pp 437–465.