For­schungs­pro­jekt zu Propan-Wärmepumpen

Im Wett­be­werb um den Deut­schen Roh­stoff­ef­fi­zi­enz-Preis 2022 des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz (BMWK) erreich­te das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Sola­re Ener­gie­sys­te­me ISE mit dem Pro­jekt „LC 150“ den zwei­ten Platz in der Kate­go­rie „For­schungs­ein­rich­tung“. Aus­ge­zeich­net wur­de die Ent­wick­lung eines Käl­te­krei­ses mit dem umwelt­freund­li­chen Käl­te­mit­tel Pro­pan. Alfa Laval hat­te als einer der Indus­trie­part­ner spe­zi­el­le Wär­me­tau­scher für das Pro­jekt beigesteuert.

Wär­me­pum­pen­her­stel­ler wol­len die Ver­wen­dung alter­na­ti­ver, umwelt­freund­li­cher Käl­te­mit­tel ermög­li­chen. Pro­pan hat ein äußerst nied­ri­ges Treib­haus­po­ten­zi­al und zeich­net sich durch sehr gute ther­mo­dy­na­mi­sche Eigen­schaf­ten aus. Wegen der leich­ten Ent­zünd­lich­keit des Gases ist die Füll­men­ge aller­dings gesetz­lich beschränkt. Das Fraun­ho­fer ISE tes­te­te im Rah­men des For­schungs­pro­jekts „LC 150“ (low char­ge 150 Gramm) in einer Mess- und Simu­la­ti­ons­kam­pa­gne meh­re­re Dut­zend Kom­bi­na­tio­nen aus Wär­me­pum­pen-Kom­po­nen­ten mit Ein­satz von maxi­mal 150 Gramm Pro­pan. Dabei arbei­tet das Insti­tut mit einem Kon­sor­ti­um aus Wär­me­pum­pen- und Kom­po­nen­ten­her­stel­lern zusam­men. Alfa Laval wur­de als Spe­zia­list für Wär­me­tau­scher in der Wär­me­pum­pen­an­wen­dung mit Pro­p­an­ex­per­ti­se in das Pro­jekt eingebunden.

Hoch­ef­fi­zi­en­te Wär­me­tau­scher für die Ver­flüs­si­gung und die Verdampfung

Ver­flüs­si­gen und Ver­damp­fen sind zen­tra­le Pro­zes­se in einer Wär­me­pum­pe. Als ers­ter Kon­den­sa­tor auf dem Markt wur­de der Wär­me­tau­scher CB24 von Alfa Laval spe­zi­ell für den Betrieb mit dem Käl­te­mit­tel Pro­pan opti­miert. Die Kon­struk­ti­on des gelö­te­ten Plat­ten­wär­me­tau­schers ermög­licht eine sehr nied­ri­ge Käl­te­mit­tel­fül­lung in Kom­bi­na­ti­on mit einem erhöh­ten ther­mi­schen Wir­kungs­grad. So stei­gert der CB24 die Nach­hal­tig­keit beim Hei­zen und Küh­len. Die paten­tier­te Plat­ten­de­sign­tech­nik Flex­Flow erlaubt eine genau auf das Medi­um zuge­schnit­te­ne Kanal­asym­me­trie, wel­che die Tur­bu­lenz erhöht und den Druck­ab­fall für eine bestimm­te Anwen­dung anpasst.

Der gelö­te­te Plat­ten­wär­me­tau­scher AC65 ermög­licht eine effi­zi­en­te Wär­me­über­tra­gung auf klei­ner Stand­flä­che und eig­net sich somit beson­ders für den Ein­satz in Wohn­ge­bäu­den. Zudem ist er für den Ein­satz neu­er Käl­te­mit­tel mit nied­ri­gem Treib­haus­po­ten­zi­al wie Pro­pan aus­ge­legt. Durch sei­ne hohe, schlan­ke Bau­wei­se stei­gert der AC65 die ther­mi­sche Län­ge und ist prä­de­sti­niert als Ver­damp­fer oder als Kon­den­sa­tor für rever­si­ble Wär­me­pum­pen. Wär­me­pum­pen, die mit AC65 als Ver­damp­fer kon­stru­iert wur­den, kön­nen bei Betrieb unter Nenn­be­din­gun­gen einen COP (Coef­fi­ci­ent of per­for­mance) von über 4,5 erreichen.

Über den Deut­schen Rohstoffeffizienz-Preis

Mit dem Deut­schen Roh­stoff­ef­fi­zi­enz-Preis zeich­net das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz her­aus­ra­gen­de Bei­spie­le roh­stoff- und mate­ri­al­ef­fi­zi­en­ter Pro­duk­te, Pro­zes­se oder Dienst­leis­tun­gen sowie anwen­dungs­ori­en­tier­te For­schungs­er­geb­nis­se aus. Die­se kön­nen aus den Berei­chen Roh­stoff­ge­win­nung und ‑auf­be­rei­tung, Recy­cling, Wie­der­ver­wen­dung und Kreis­lauf­zu­füh­rung von Roh­stof­fen, Pro­dukt­de­sign mit ver­rin­ger­tem oder ver­än­der­tem Roh­stoff- und Mate­ri­al­be­darf, Sub­sti­tu­ti­on von pri­mä­ren Roh­stof­fen, Opti­mie­rung von Pro­duk­ti­ons­pro­zes­sen oder Ein­füh­rung neu­er Pro­zes­se oder Neu­ge­stal­tung des Pro­duk­ti­ons­um­fel­des stam­men. Unter fach­li­cher Lei­tung der Deut­schen Roh­stoff­agen­tur (DERA) wer­den jähr­lich bis zu vier Unter­neh­men sowie eine For­schungs­ein­rich­tung mit dem Deut­schen Roh­stoff­ef­fi­zi­enz-Preis prämiert.