Wärmepumpe mit hohem Wirkungsgrad
Aufgrund der hohen anfänglichen Investitionskosten und der aufgrund des bisher geringen Wirkungsgrades langen Amortisationsdauer kam die Wärmepumpentechnologie bisher nur eingeschränkt zum Einsatz. Dieses Problem sollte durch das Projekt "Development of high efficiency Stirling heat pump" (EFFIHEAT) gelöst werden, in dem Technologie für eine Erdwärmepumpe (GHP, ground source heat pump) entwickelt wird, die drastische Energieeinsparungen ermöglicht. Eine großflächige Anwendung der EFFIHEAT-GHP-Technologie könnte zu jährlichen Einsparungen von 0,03 Milliarden Euro führen.Die neue kosteneffektive Wärmepumpentechnologie basierte auf einem neuartigen Entwurf, der auf dem Prinzip des Stirling-Motors beruht und bei dem die Schritte des Motorzyklus in entgegengesetzter Reihenfolge durchlaufen werden, was zu einem um 25 % höheren Wärmekoeffizienten führt. Die Wissenschaftler entwickelten eine Stirling-Wärmeoszillationspumpe, die einen Elektromotor mit frei schwingendem Kolben zur Grundlage hatte. Kolben, Verdränger und Wärmetauscher wurden optimiert, um so die Wärmeübertragung zu maximieren und den Energieverlust zu minimieren. Durch den neuartigen Aufbau reduzieren sich die Instandhaltungskosten und die Betriebsdauer verlängert sich, was die Pumpe verlässlicher macht als herkömmliche Produkte. Es wurde ein thermodynamisches Modell entwickelt, um so über die gesamte Systemdynamik Daten zu erhalten. Die Forscher entwickelten ein dynamisches Betriebskontrollsystem – ein innovatives Software- und Hardwarepaket zur Steuerung der Gesamtleistung der elektrischen Maschine. Um die Leistung der Stirling-Wärmepumpe zu steigern, wurden ein zylinderförmiger Regenerator in Sandwichbauweise und ein Regenerator mit umgebendem Drahtgeflecht entwickelt, die als interne Wärmetauscher fungieren sollten. Ein neuer Hochleistungsverbundwerkstoff auf Basis von Polymerfolien, die mit Nano- und Mikro-Keramikpartikeln dotiert sind, wurde bereits entwickelt. Der Prototyp der EFFIHEAT-Wärmepumpe wurde integriert und getestet. Zur Auswertung der erzielten Resultate wurde eine Studie durchgeführt sowie eine Validierung des Business Case vorgenommen. Beide Studien kamen zu dem Schluss, dass die EFFIHEAT-Stirling-Wärmepumpe die Anforderungen der Nutzer erfüllen kann. Die entwickelte Erdwärmepumpe sollte dank verbesserter Energieumwandlung mit leistungsfähigeren Technologien zu bedeutenden Energieeinsparungen bei der Gebäudeversorgung verhelfen. Dies wird zum Erreichen der EU-Ziele zur Senkung des Energieverbrauchs und der Kohlendioxidemissionen beitragen.
Schlüsselbegriffe
Erdwärme, Treibhausgase, geothermisch, Stirling-Wärmepumpe, interner Wärmetauscher, Polymer, Keramik, Prototyp
