ATEX-WP

Auf Basis der Ergebnisse aus dem früheren Invest BW-Projekt „Sol2Power“ (Förderkennzeichen BW1_2080), soll ein Prototyp einer kältemittelfreien Wärmepumpe, die thermodynamisch auf dem innovativen ATEX-Zyklus basiert, entwickelt und erprobt werden. Der ATEX-Zyklus ist ein reiner Druckluftprozess, welcher auf der Totalexpansion von Druckluft basiert (Air Total Expansion).

Druckluftprozesse kommen bereits bei der Klimatisierung von Flugzeugen und Zügen zum Einsatz, wobei bisher ausschließlich Turbinen zur Kompression und Expansion verwendet werden. Für die Anwendung in einer Wärmepumpe haben Turbinen jedoch einen zu geringen Wirkungsgrad.

Die Innovation der ATEX-Wärmepumpe besteht darin, den thermodynamischen Prozess, der bei Wärmepumpen und Kältemaschinen grundsätzlich identisch ist, mit Kolbenmaschinen zu realisieren. Dazu ist es für eine thermische Leistung von ca. 3 kW notwendig, Volumenströme von etwa 10 Kubikmetern Luft pro Minute auf ca. 1 bar Überdruck zu komprimieren und wieder auf Umgebungsdruck zu entspannen (Totalexpansion der Druckluft). Herkömmliche Druckluftmotoren haben bei geringen Drücken und großen Volumenströmen sehr niedrige Wirkungsgrade und sind auch nicht geeignet, die Druckluft auf Umgebungsdruck zu entspannen. Die vorentwickelte Membran-Kolbenmaschine ist für diesen Zweck konzipiert und ermöglicht erstmals, eine Kompressions-Wärmepumpe ohne klassisches Kältemittel zu realisieren, welche mit kältemittelbasierten Wärmepumpen konkurrieren kann – oder sie sogar übertreffen kann, wenn hohe Temperaturen erforderlich sind.

Alle verfügbaren Kältemittel für Kompressions-Wärmepumpen sind klimaaktiv und/oder brennbar, benötigen hohe Drücke im Kältemittelkreislauf und erfordern die Aufstellung der Wärmepumpe bzw. des Verdampfers im Freien. Die Entwicklung einer konkurrenzfähigen Wärmepumpe ohne klassisches Kältemittel würde eine neue Ära in der Wärmepumpentechnik einläuten und zusätzlich neue Marktsegmente erschließen, wo Wärmepumpen mit Außeneinheit derzeit nicht zum Einsatz kommen können, wie z. B.  bei der Sanierung vom Bestandsgebäuden in Städten.

09/2025 - 08/2027

Wissenschaftlicher Projektpartner: 

Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) der Universität Stuttgart

Industrieller Projektpartner: 

Alfred Hermann GmbH & Co. KG

Das Projekt „ATEX-WP“ mit einer Laufzeit vom 01.09.2025 bis zum 31.08.2027 wird durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg über den Projektträger VID/VDE Innovation + Technik GmbH unter dem Förderkennzeichen BW7_2149 gefördert. Die Projektbearbeitenden danken für die Unterstützung und übernehmen die Verantwortung für den Inhalt dieses Beitrags.