Wärmepumpen, Geräte, die unsere Wohnräume heizen und kühlen, erfreuen sich aufgrund ihres ökologischen Potenzials immer größerer Beliebtheit, insbesondere wenn sie mit erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik betrieben werden. Allerdings ist ihre Energieeffizienz noch nicht vollständig optimiert. Eine neue Forschungseinheit hat beschlossen, dieser Frage nachzugehen.

Die Herausforderung der Energieeffizienz von Wärmepumpen

Wärmepumpen bieten im Kontext des Klimawandels technologische und ökologische Vorteile. Ihre Energieeffizienz lässt sich jedoch noch nicht vollständig optimieren. Dies liegt vor allem daran, dass das Verhalten typischer Öl-Kältemittel-Gemische in einem Wärmepumpenkompressor thermodynamisch noch nicht vollständig verstanden ist.

Wissenschaftler der neuen Forschungseinheit 5595“ Mehrphasige Öl- und Kältemittelströmungen in Räumen mit beweglichen Grenzen – Neue mikroskopische und makroskopische Ansätze für Experimente, Modellierung und Simulation » (abgekürzt: „Archimède“), gefördert mit vier Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), will das ändern.

Auf dem Weg zu einem neuen Berechnungsmodell für Kompressoren

Das Ergebnis soll ein neues Berechnungsmodell zur Auslegung von Kompressoren sein, das wiederum die Energieeffizienz von Wärmepumpen und Kälteanlagen deutlich verbessern kann.

Vertreter der neuen DFG-Forschergruppe ist Professor Markus Richter, Leiter der Abteilung Technische Thermodynamik.Technische Universität Chemnitzmit rund 1,1 Millionen Euro aus der Gesamtförderung.

“ Ich freue mich sehr über die Einrichtung der DFG-Forschergruppe „Archimedes“ unter der Leitung der TU Chemnitz und damit der zweiten Forschungsgruppe der Fakultät für Maschinenwissenschaften. Ich gratuliere Professor Richter und allen anderen zu diesem tollen Erfolg für die Fakultät für Maschinenwesen und unsere gesamte Universität. Auch allen Beteiligten möchte ich für ihr herausragendes Engagement meinen herzlichen Dank aussprechen. Zweifellos wird die Forschungseinheit einen wesentlichen Beitrag zur Stärkung des Profils und der Außenattraktivität unserer Universität leisten », kommentiert Professor Gerds Strohmeier, Rektor der TU Chemnitz.

Das Verhalten von Öl-Kältemittel-Gemischen verstehen

“ Eine besondere Herausforderung für die Thermofluiddynamik stellt das Verhalten eines Gemisches aus Schmieröl und Kältemittel, beispielsweise dem natürlichen Kältemittel Propan oder CO2, im Kompressor einer Wärmepumpe oder Kälteanlage dar. Faktoren wie Druck und Temperatur verändern das thermophysikalische Verhalten und damit das Strömungsverhalten, was sich letztendlich auf die Heiz- oder Kühlleistung auswirkt. Für Öl-Kältemittel-Gemische werden wir in diesem Grundlagenforschungsprojekt erstmals die thermophysikalischen Eigenschaften genau bestimmen und darauf aufbauend einfach anwendbare Zustandsgleichungen sowie Viskositäts- und Wärmeleitfähigkeitsmodelle entwickeln. Dies ist ein wichtiges Element zur Optimierung von Wärmepumpen „, erklärt Professor Markus Richter.

Synthetik

Wärmepumpen, die Wohnräume heizen und kühlen können, sind umweltfreundlicher, wenn sie mit erneuerbarer Energie wie Photovoltaik betrieben werden, verglichen mit beispielsweise Gasheizungen. Im Kontext des Klimawandels bieten Wärmepumpen technologische und ökologische Vorteile.

Die Energieeffizienz von Wärmepumpen lässt sich noch nicht vollständig optimieren. Dies liegt vor allem daran, dass das Verhalten typischer Öl-Kältemittel-Gemische in einem Wärmepumpenkompressor thermodynamisch noch nicht vollständig verstanden ist.

Zum besseren Verständnis

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wärmeenergie aus der Umgebung (Luft, Wasser, Erde) nutzt, um einen Raum zu heizen oder zu kühlen. Es funktioniert durch die Übertragung von Wärme von einem Ort zum anderen.

2. Warum ist die Effizienz von Wärmepumpen noch nicht vollständig optimiert?

Der Betrieb typischer Öl-Kältemittel-Gemische in einem Wärmepumpenkompressor ist thermodynamisch noch nicht vollständig verstanden, was ihrer Energieeffizienzoptimierung Grenzen setzt.

3. Was ist der Zweck der neuen Archimède-Forschungseinheit?

Forschungseinheit Archimedes » zielt darauf ab, ein neues Berechnungsmodell zur Auslegung von Kompressoren zu entwickeln, das die Energieeffizienz von Wärmepumpen und Kälteanlagen deutlich verbessern könnte.

4. Wer finanziert diese Forschung und wie viel kostet sie?

Finanziert wird die Forschung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), die dem Projekt rund vier Millionen Euro zur Verfügung stellt.

5. Wann beginnen die Forschungsarbeiten?

Es ist geplant, dass die Explorationsarbeiten im ersten Quartal 2024 beginnen.

Bildunterschrift: Professor Markus Richter von der TU Chemnitz ist Vertreter der neuen Forschungsgruppe „Archimedes“. Bildnachweis: Technische Universität Chemnitz

[ Rédaction ]