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Optimierung von Absorptionswärmepumpen zum Einsatz im Wärmenetz 4.0

Kurzbeschreibung

Wärmenetze stellen einen wichtigen Bestandteil der heutigen und noch mehr der zukünftigen Wärmeversorgung dar. Um verstärkt Wärmequellen mit niedrigem Temperaurniveau wie z.B. Geothermie oder Industrieabwärme einbinden zu können, wird eine Absenkung der Vorlauftemperatur auf 95 °C oder geringer angestrebt. Durch eine zusätzliche Absenkung der fernwärmeseitigen Rücklauftemperatur mittels einer Absorptionswärmepumpe (AWP), wird die Einbindung dieser Wärmequellen weiter begünstigt.

Die Auswirkungen einer abgesenkten Netzrücklauftemperatur auf die Wärmeverteilung und -bereitstellung wurden durch eine umfassende Simulationsrechnung im Projekt „PARTA – Potenziale von Absorptionswärmepumpen in zentralisierten Wärmeversorgungsnetzen“ untersucht. Zur Anpassung an Wärmenetze 4.0 soll ein modifiziertes Konzept des Lösungsmittelkreislaufs erarbeitet und experimentell untersucht werden. Darauf aufbauend sollen in diesem Projekt die wirtschaftlichen Vorteile, die sich aus den reduzierten Wärmeverteilungsverlusten, der eingesparten elektrischen Leistungsaufnahme der Umwälzpumpe sowie dem alternativen Rohrleitungsmaterial ergeben, quantifiziert werden. Auch wird eine Reduzierung der Investitionskosten der AWP durch eine alternative Lösungsmittelpumpe untersucht. Im Anschluss an dieses Projekt soll in einem weiteren Projekt ein Feldtest angestrebt werden, dessen Voraussetzungen in diesem Projekt zu schaffen sind.

Funktionsprinzip

Im Prozesschaubild ist der schematische Aufbau der neuartigen Hausstation mit integrierter AWP gezeigt. Das primärseitige Fernwärmenetz durchströmt den Austreiber der AWP, den konventionellen Hauptwärmeübertrager und den Verdampfer der AWP in der genannten Reihenfolge. So wird das vorhandene hohe Exergieniveau zum Antrieb der AWP genutzt. Der Verdampfer entzieht dem Fernwärmenetz nach dem Hauptwärmeübertrager einen weiteren Wärmestrom und senkt die Temperatur des Fermwärmerücklaufs weiter ab. Auf diese Weise wird Wärme nutzbar, welche mit einer konventionellen Hausstation nicht weiter verwendbar wäre.

Aus der neuartigen Hausstation resultiert (i) eine Absenkung der Rücklauftemperatur des Wärmenetzes und (ii) eine größere Temperaturspreizung zwischen Netzvorlauf und -rücklauf wodurch (iii) der fernwärmeseitige Massenstrom bei gleicher Übertragungsleistung abgesenkt werden kann. Die gesamte am Austreiber und Verdampfer dem Wärmenetz entnommene Wärme wird an den Bauteilen Kondensator und Absorber an das sekundäre Heizungsnetz abgegeben.

Ziele

  • Optimierung der Wärme- und Stoffübertragung im Lösungskreislauf im Hinblick auf Wärmenetze 4.0 durch ein neues Austreiberkonzept
  • Senkung der Investitionskosten durch den Einsatz einer günstigeren Lösungsmittelpumpe
  • Ermittlung der technischen Gebrauchsdauer der neuen Lösungsmittelpumpe
  • Aufzeichnen eines Betriebskennfeld der AWP von Nennleistung bis Schwachlast mit neuem Austreiber und neuer Lösungsmittelpumpe
  • Festlegung der nötigen Sicherheitsmaßnahmen für einen Feldtest-Betrieb

Laufzeit

Oktober 2020 - September 2022

Danksagung

Das Projekt wird im Rahmen des Programms für Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF, Fördernummer “21315 N/2”) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) gefördert. Die Autoren danken für die Unterstützung.

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Logo des AiF e.V.

 

Kontakt

 

Luisa Haak, M.Sc.

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

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